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Teoria di Hamaker (fisica)

1937
  • H. C. Hamaker
Esperimento di laboratorio che dimostra la teoria di Hamaker nella chimica fisica delle superfici.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Una teoria che estende la teoria microscopica Van der Waals forze tra singoli atomi alla scala macroscopica, calcolando la forza di interazione totale tra oggetti in blocco (ad esempio, due sfere, una sfera e un piatto). Si assume l'additività a coppie, integrando il potenziale microscopico [latex]r^{-6}[/latex] sui volumi dei corpi interagenti. Il risultato è quantificato dalla costante di Hamaker, [latex]A[/latex].

While London’s theory described the Van der Waals force between two atoms, Hamaker’s theory provided a practical method to calculate the force between macroscopic objects. The core assumption of the theory is pairwise additivity: the total interaction energy between two large bodies is simply the sum (or integral) of all the individual atom-atom interactions. For example, to find the force between a sphere and a flat surface, one would integrate the Lennard-Jones potential for a single atom in the sphere with every atom in the surface, and then integrate that result over all atoms in the sphere.

Questa integrazione porta a potenziali di interazione che decadono con la distanza molto più lentamente rispetto al potenziale microscopico r⁻⁶. Ad esempio, l'energia di interazione tra due piastre piane varia come d⁻², e tra una sfera e una piastra come d⁻¹, dove d è la distanza di separazione. L'intensità di questa interazione macroscopica è racchiusa nella costante di Hamaker, A, che dipende dalla densità atomica dei materiali e dalla costante di interazione microscopica C₆. Sebbene l'ipotesi di additività a coppie sia un'approssimazione (ignora gli effetti a molti corpi e l'influenza del mezzo interposto), la teoria di Hamaker fornisce un quadro prezioso e intuitivo per comprendere l'adesione, la stabilità colloidale e le forze superficiali.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimica fisica

Tipo

Quadro teorico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Forza di dispersione di Londra teoria che fornisce il potenziale microscopico
  • Calcolo integrale per la somma delle forze su corpi continui
  • La teoria DLVO, che incorpora il lavoro di Hamaker per descrivere la stabilità colloidale
  • Prime osservazioni sperimentali di adesione e comportamento colloidale

Applicazioni

  • scienza colloidale, come parte della teoria DLVO per predire la stabilità delle sospensioni
  • microscopia a forza atomica (AFM) per modellare le interazioni punta-superficie
  • progettazione di sistemi microelettromeccanici (MEMS) per capire e prevenire lo stiction (adesione indesiderata).
  • sottile film fisica, fenomeni di bagnatura e calcoli dell'energia superficiale

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • design of anti-fouling surfaces for marine applications and impianti medici
  • formulazione di inchiostri colloidali stabili per la stampa 3D e l'elettronica
  • sviluppo di microrobot in grado di camminare sulle superfici utilizzando l'adesione controllata
  • ottimizzazione delle sospensioni di lucidatura chimico-meccanica (CMP) nella produzione di semiconduttori
  • fabbricazione di dispositivi MEMS con rivestimenti anti-attrito
  • tecniche di flocculazione controllata per la depurazione delle acque e la lavorazione dei minerali
  • formulazione di prodotti farmaceutici con stabilità di sospensione e durata di conservazione migliorate
  • modelli predittivi per l'adesione di polvere e particelle su pannelli solari e veicoli spaziali
  • sviluppo di nuove consistenze alimentari basate su interazioni colloidali controllate
  • sensori che rilevano gli eventi di legame misurando i cambiamenti nelle forze di adesione
Correlato a: Costante di Hamaker, Van der Waals macroscopico, colloide, scienza delle superfici, adesione, stiction, microscopia a forza atomica, teoria DLVO, film sottile, teoria di Lifshitz.

Contesto storico

Teoria di Hamaker (fisica)

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1932
1933
1937
1940
1947
1950
1930
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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