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科学指南针-接触角测量的方法和应用

2023-10-17 10:20 作者:bili_74204057874  | 我要投稿

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;

 

接触角是指当一液体与固体表面相接触时,液体在与固体表面相接触(点)处(三相接 触边界,3PCP)其液/气-界面形状走向的切线与固体表面(包括液体相一侧)之间的夹角(图 -1,-2)。这一角度的值标志着液体在固体表面的润湿性:当润湿性很好时,液体可以在固 体表面完全铺展开,呈现 0°的接触角值;当润湿性很差时,液体在固体表面完全无法铺展, 只能聚集在一起而包成一团,呈现 180°的接触角值;当润湿性界于很好与很差之间时,液 体在固体表面可以有限度地铺展开来,形成介于 0°~ 180° 之间的接触角。这一有限的接触 角值是体系中各个不同的相互作用力的平衡,也是体系趋向最低能量的结果。涉及的相互作用力包括

 

1.液体自身的表面张力(γL):这一值越大,液体越倾向于聚集在一起、包成一团,而 不愿意在固体表面上铺展开来;

 

2.固体自身的表面张力或表面(自由)能(γS):这一值越大,固体表面的能量位越高, 越希望有能量较低的液体层能够在其上面铺展开来而覆盖它,以降低体系的能量;

 

3.液体/固体表面-界面的相互作用力(γSL):这一值越小,固体表面对液体的吸引力越 大,液体越能够在其上面铺展开来,导致较低的接触角值。

 

所以,如果希望液体能够较好地润湿固体表面:液体的表面张力值越低、固体的表面能 值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利。

 

反之,如果希望液体最好不要润湿固体表面:液体的表面张力值越高、固体的表面能值 越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。

 

如果假设液体的表面张力值(γL)是已知的(这一值可以直接测量,所以比较容易准确 获得);如果再假设,γSL 与 γS、γL 之间存在某一确定的依赖关系,如γSL=f(γS,γL)

 

那么接触角的值θ,与这些相互作用力之间的关系,可以表达为:θ=g(γS,γL,γSL)=g(γS,γL,f(γS,γL))=h(γS,γL)

 

也就是说,接触角的值与液体表面张力和固体表面能有关(上式中的 f,g 和 h 均表示 一定的函数/依赖关系)。当前者给定时,其值直接与固体表面能相关。所以测量所使用的液 体也被称为探针液体(probe),通过测量它在固体表面的接触角值,可以用来探测固体表面 的表面能值,也即固体表面的润湿属性,而这也正是接触角测量之应用基础。

 

接触角值的测量目前有二种常用的方法:基于称量的 Modified Wilhelmy Plate 方法 和 基于液面(liquid meniscus)形状分析的光学法。前者属于间接的方法,后者属于直接方法

 

图-1:在固体表面上的液滴(座滴)和接触角

 

图-2:在固体表面上的液面和接触角

 

以上就是科学指南针检测平台对网络上接触角测量相关资料的整理如有测试需求,可以和科学指南针联系,我们会给与您最准确的数据和最好的服务体验,希望可以在大家的科研路上有所帮助。

 

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