表面张力接触角

为什么要测量接触角和表面张力？为了提高我们在未来的生活质量和保护环境，开发新的表面工程材料和产品已成为当今科学研究众多领域的重点。准确的表征材料表面和液体的性能对于开发新的性能更好、质量更佳的产品是至关重要的。对接触角和表面/界面张力进行测量，可以更好地理解固/液、液/液之间的相互作用。这些相互作用对于理解固体表面的粘接性、材料润湿性、生物相容性、润滑性，以及液体的浸润、洗涤性、扩散和吸附十分重要。在采用现代复杂的表面工程技术进行开发和改进液固表面时，接触角和表面/界面张力的测量手段可以提供所需要的信息。接触角接触角θ是一个由液、气、固三相交界的边缘形成的角度。如图所示，液滴的形状是由三相的界面张力控制的。θ是一种液体相对一种固体的润湿性的定量表征，也可以用于表面处理和表面清洁的质量控制手段。表面张力表面张力γ的产生，是因为液体内部的分子受到各个方向的同等引力，而表面的分子受到的朝液体方向的力大于朝空气方向的力。因此就发生表面的自发收缩。对于洗涤、润湿、乳化和其它表面相关问题，γ可以特别灵敏的进行表征。静态和动态接触角一个附着在固体基面上的液滴就会产生静态接触角。静态接触角的值取决于相互作用的影响。另一种方法是确定动态接触角。如果三相（液/固/蒸汽）边界是运动的，则产生的接触角称为前进接触角和后退接触角。通过公式来拟合液滴的形状，并计算在三相边界线上的切线斜率，就可以得到接触角。悬滴法悬滴法提供了一种十分简便的途径，来确定一种液体（气/液界面）的表面张力，或者两种液体（液/液界面）之间的界面张力。采用悬滴法，通过分析在注射管尖悬挂的液滴形状来确定表面/界面张力。CAM200将Young-Laplace方程应用于液滴图像，以计算表面和界面张力。这种技术特别精确，并能够在上升的温度和压力下进行。如何使用CAM200测量接触角和表面张力?CAM200通过分析液滴的形状来确定静态或动态接触角、液体的吸附和表面/界面张力。真正32位的图像分析软件，基于WINDOWS95/98/NT操作系统。对于通过光学技术精确测量接触角和表面/界面张力，有两个关键因素：图像质量和图像分析方法。图像质量取决于光源、透镜和仪器的图像获取。CAM200采用一种独特的单色闪光灯，产生高质量的图像且极少的样品发热。其远焦镜头和高精度的CCD照相机确保获取和送入软件的图像不发生变形或模糊。图像分析是指对存储在计算机内的图像进行分析。液滴剖面图取自存储的图像且具有高像素精确度。然后将这个剖面图按照Young-Laplace方程进行拟合。整个拟合曲线可用于计算接触角或表面张力。这种处理方法比传统的液滴图像参数计算方法具有一个重要的优点。Circular法、多项式法和Bashford-Adams法（软件也可以实现这些计算方法）仅使用液滴剖面图的部分进行分析，常常会产生错误的结果，特别是对于大液滴的接触角更是如此。软件计算下列参数：l静态或平衡接触角l前进和后退接触角l附着液滴（气泡）表面张力l吸附l润湿l液滴体积l液滴基线长度l九种表面自由能计算方法：Zisman；WORK；ExtendedFowkes；Wu；Acid-Base；EquationofState；SimpleFowkes；Schultz1；Schultz2l悬滴（气泡）表面/界面张力l静态和动态表面/界面张力l临界胶束浓度l乳液和泡沫的稳定性l表面活性剂、蛋白质或聚合物在界面上的吸附和竞争l界面流变性能表征l界面面积的控制收缩或膨胀（正弦、线性、阶跃和齿）