接触角理论(一)
在做接触角测试时,科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到,好多同学对接触角测量不太了解,针对此,科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理,希望可以帮助到科研圈的伙伴们;
1.评价薄膜的一般方法 XPS, FTIR, ATIR, Auger, SIMS 等
长处:算出正确的数据
短处:高价的装备价格
要分析会花去很多时间及金钱
要运营管理这种需要背负艰巨的责任的高价装备需要很多的知识,假如是真空状态下运营 的装备,有时集合物薄膜上掉出异物会产生问题。
1.接触角测定仪 (Contact Angle Analyze) 的长处分析
2.价格很便宜
3.测定方法非常容易﹑简单,可尽快知道测定结果。
4.可一下知道表面材质的亲水性及疏水性倾向
5.因不影响薄膜,可进行更正确的测定
2.什么是接触角? (What is Contact Angle?)
接触角是指液体在固体表面上用热力学达到平衡时所形成的角。
表面与液体之间的接触角测定是盛传于在粘着﹑表面处理及聚合物表面分析行业的分析技术,是 一种对于数 ? 的单一层变化也较敏感的分析技术。
1.接触角 ( θ)是显示固体表面可湿度的尺度,大部分由固着液滴来测定。
2.低接触角:显示高的可湿度(亲水性, hydrophilic )和高的表面能。
3.高接触角:显示低的可湿度(疏水性, hydrophobic )和低的表面能。
平平的固体表面接触的液体接触角在液体 - 固体- 气体集合点,由液滴弧线的末点与固体表面的接 触点测定。
3.接触角的种类
4.静滴接触角( Static Method )
静滴接触角一般用于可湿度的测定,主要应用 Sessile drop 的方法测定。可以更换溶液认出表 面特性。
长处: - 容易只测定物体的一面 - 使用的试剂的量很少所以非常经济 - 试剂的大小大体不受限制 Sessil Drop ?
基线( base line )B与接线( tangent)形成的角‘ T’之间的角 theta表示接触角。作用的力分别 以液体 - 气体﹑固体 - 气体﹑固体 - 液体相互大小与方向具有的矢量显示界面能量。
成立这种方式的方程式为 Young的方程式, Young 的方程式是在平坦 (smooth) 等质﹑没有变形 的理想表面上推导的公式,且具有稳定的接触角。
但在实际表面上因表面粗糙度( surface roughness )﹑膨胀现象﹑固体表面化学性的不等质 性,所以显示一个以上的接触角。
同样的液滴随着测定角度及测定方法也会产生一些误差。
B.什么是动态接触角?
Wilhelmy plate method
长处:
- 非常精确地测定出动态接触角。
- 试片进入试剂时是前进角,试片出来时的角是后进角
- 主要使用于溶液的表面张力的测定
短处: 试片的模样维持正四角形,两面须均一。(制作正确的试片困难)
b.Tilting method
* 长处 - 倾斜板读出液滴在倾斜的板上流动前夕的值。
- 流动前夕前角叫前进角,后角叫后退角。
可以同时认出前进角与后退角。
- 操作简单。
* 短处
- 因倾斜板所以产生高度差异,由此会增加源于重力的误差。
- 倾斜板的时候很难得到正确的角度。
1.Captive drop method 把液体滴在基板上通过针逐渐增加液体的量,观察固体 - 气体 - 液体3上的界面。 这时界面动作前夕的角叫前进角( advancing angle ),与此相反通过针随着逐渐减少液体的量 3上的界面动作前夕的角叫后退角( receding angle )。
*长处:
- 不必担心试片晃动,是个好方法
- 现有的 Sessil Drop 方法也可以
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