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接触角及其相关应用 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 是润湿程度的量度 1 2接触角 特点若 90 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 s g s l g l cos 接触角 contactangle 与润湿方程 s g 1 s l gcos 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 0 完全润湿 2 当 90 部分润湿或润湿 3 当 90 是润湿与否的分界线 4 当 90 不润湿 5 当 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