接触角

接触角及其相关应用主讲：谢昌健1.1接触角（contactangle）--定义是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。1.2接触角--特点若θ90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好；若θ90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动，不能进入毛细孔。润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（YoungEquation）:γs,g=γs,l+γg,l×cosθ上一内容下一内容回主目录返回接触角(contactangle)与润湿方程s-gllg-s-cosσs-g=σ1-s+σl-gcosθ杨氏方程洗涤、喷洒农药、润滑、油漆、防水布制备、原油开采等由它可以预测如下几种润湿情况：1）当θ=0，完全润湿；2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿；3）当θ=90°，是润湿与否的分界线；4）当θ﹥90°，不润湿；5）当θ=180°，完全不润湿。在固体表面上的一液滴，若此液体受到固体表面之作用力甚强（例如水与一种强亲水的固体的表面），液滴将会完全地平在固体表面上，而其接触角约为0°。而非强亲水性之固体，则接触角则会较大，到约90°。在许多高亲水性的表面上，水滴所表现自0°到30°。若是固体表面为疏水，则接触角将大于90°。对于高疏水性的表面，其对水的接触角可高达150°或甚至近180°。在这种的表面上，水滴仅是停留在其上，而非真正对其表面浸润，可称之为超疏水，我们可以在适当氟化处理过（类铁氟龙涂布）的表面观察到，并可称之为莲花效应。这种新材料的表面之超疏水现象系基于与莲叶表面相同之原理（叶面有许多小突起）甚至对蜂蜜都有超疏水之现象。接触角因而也提供了表面与液体间作用力的资讯。但有时候，接触角也有可能指的并不是液/气接口往液相的夹角，而是指液/气接口往气相的夹角，此时，上述的解释角度为其互补角。润湿（wetting)的热力学定义：若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用WS/L来表示。润湿可分为三类：粘附润湿（adhesionalwetting）铺展润湿（spreadingwetting）浸湿（immersionalwetting）2.常用接触角的测量方法1）外形图像分析方法外形图像分析法的原理：将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像,再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来2）称重法通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.3.决定和影响润湿作用和接触角的因素固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。4.应用--接触角测量仪主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。接触角测试仪可以进行如下测试：1）平面、曲面和非水平表面上的接触角，重复性误差小于0.1°2）通过基底的表面能（固体表面能或液体的表面张力）去计算极性和酸碱分布、色散度、单极酸和单极碱组分3）液/液之间互溶性、液/固之间互溶性4）Wettingenvelop5）吸收量和蒸发量6）不同湿度和饱和蒸汽压下接触角和表面能7）油和油之间或者油和金属之间的除油效率8）表面活性剂功效9）通过接触角弛豫特性表征润湿和除湿效率10）接触角弛豫和润湿/除湿之间的变化关系11）研究表面能和表面组分变化及表面改性处理的变化关系.