dsa25测量仪测量动静...
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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。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: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: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: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,存在某一确定的依赖关系,如那么接触角的值Θ,与这些相互作用力之间的关系,可以表达为:,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

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

Modified Wilhelmy Plate方法 这一方法是在传统的Wilhemy Plate测量液体表面张力方法的基础上发展而来,所以称为modified (经改变的)。传统的Wilhemy Plate方法被用来测量液体的表面张力:当一块/片规则的金属薄板/片,在经过表面粗糙化处理后,被伸入到液体相时,它受到液体表面张力对其施加的作用力 F(参见图-3)的作用,后者可以通过称量确定。通过测量获得的作用力>

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