Au sein d’une masse solide, les molécules sont entourées de molécules identiques avec des mesures d’énergie similaires. A la surface du solide, cependant, les molécules sont susceptibles d’être en contact avec de l’air et parfois des liquides ou d’autres masses de mesures d’énergie différentes. En conséquence, les mesures d’énergie de surface sont toujours différentes de celles trouvées dans la masse d’un solide.
Les trois phases – solide, liquide et air – ont des énergies de surface et des tensions de surface mesurables. Les molécules ont à la fois ce qu’on appelle des pulsions adhésives et des pulsions cohésives qui régissent la manière dont elles interagissent avec les molécules qui les entourent. Les entraînements adhésifs cherchent à se lier à d’autres types de molécules, tandis que les entraînements cohésifs cherchent à se lier à des molécules similaires. Si les entraînements cohésifs sont plus importants, les molécules liquides ne perleront que sur une surface car elles résistent à d’autres molécules ; l’inverse est vrai si les disques adhésifs sont plus importants.
Les mesures d’énergie de surface, de tension de surface et de tension de densité de surface analysent le comportement de mouillage entre les liquides et les solides lorsque les scientifiques testent les propriétés thermodynamiques des solides. Lorsque des molécules liquides sur une surface solide perlent en cohésion, les scientifiques peuvent mesurer l’angle de contact de ces molécules sur la surface solide. Cette mesure d’angle de contact est prise avec un instrument appelé goniomètre, qui détermine dans quelle mesure la cohésion ou l’adhérence sont en hausse. Deux autres forces peuvent influencer l’énergie de surface dans ce cas. Si la surface est accidentée ou connue comme hydrophobe, les liquides perlent à des angles plus élevés; à l’inverse, lorsqu’une surface est hydrophile, une goutte de liquide peut s’étaler pour couvrir autant de surface que les molécules liquides peuvent atteindre.
Les mesures d’énergie de surface sont généralement prises à des températures extrêmement élevées, lorsque les solides réagissent par de légers mouvements sous le stress de la chaleur mais que le volume est presque constant. Les mesures d’énergie de surface liquide sont prises en utilisant ce qu’on appelle un étirement de membrane liquide de la surface. Une méthode, appelée la méthode dynamique de Wilhelmy, consiste à immerger un solide dans un liquide dont la tension superficielle a déjà été mesurée, puis à mesurer les forces de mouillage à mesure que le solide est libéré du liquide. Une autre méthode, appelée Powder Contact Angle Method, est utilisée lorsque les scientifiques ont besoin de connaître les niveaux d’absorption et les énergies de surface des matériaux poreux et des poudres.
Les applications pratiques de ces mesures d’énergie de surface et procédures d’essai profitent au développement de produits industriels et de consommation. Les métaux revêtus de polymères reposent sur les connaissances des scientifiques en matière d’adhérence et de cohésion pour leur résistance et leur durabilité. Les mesures d’énergie de surface des matériaux sont prises pour les applications d’oxydation et de liaison chimique. En lithographie, les encres doivent être appliquées de manière à permettre aux zones d’image d’absorber les encres et aux zones sans image de rester exemptes d’encres ; la recherche sur l’énergie de surface a affiné ces processus.