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润湿性、附着力和凝聚力和接触角的关系

2021.6.02
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xujinping

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  润湿性、附着力和凝聚力

  当液体与固体表面保持接触时,就会发生湿润。发生润湿的程度(即润湿性)是由液体分子之间的内聚力和由液体和固体之间的分子相互作用产生的粘合力决定的,如下图所示。(在现实生活中,分子的组织并不那么整齐。)通常用接触角来测量润湿性。

  随着接触角的减小,润湿性增加。相反,当接触角接近180度时,润湿性减小。润湿性可以用粘聚力(L/L)和粘接力(S/L)的相对强度来解释,强附着力与弱内聚力产生非常低的接触角,几乎完全湿润。随着固液相互作用减弱和液液相互作用增强,润湿性减小,接触角增大。

  因此,我们将粘附功定义为液相与固相的相互作用力,采用Young-Dupree方程:

  内聚力定义为将液体分离为单独部分所需的力,我们使用公式:

  这样我们就确定了接触角多少与润湿性成反比。当胶黏力较弱,粘结力较强时,接触角较高,说明存在疏液状态。当接触角超过150度时,这种情况被称为超疏液(如果液相是水,则称为超疏水),通常被称为“莲花效应”,以叶片表现出极低的润湿性而命名。当接触角超过170度时,这种情况称为超疏溶性。另一方面,相对于高粘结力来说,极低的粘结力可以产生低接触角和非常高湿度的冻干条件。

  当固相完全平整、光滑、化学均匀和完全清洁时,润湿性的研究最容易完成。在这种理想条件下,接触角滞后(即前进和后退接触角之差)将接近于零。然而,在现实世界中,大多数固体都不是理想的,因此会出现接触角滞后。在三相系统中,最大接触角和最小接触角之间的变化称为动态润湿。接触角滞后被研究人员用来量化表面非均匀性(温泽尔状态)、表面粗糙度(Cassie状态),以及在较小程度上量化表面变形、液体穿透和表面流动性。

  通常,我们测量动态润湿的方法是,在不增加或减少三相线的情况下,对液滴增加或减少体积,同时测量接触角。这是最容易完成的与我们的自动分配系统,是首选的方法,当测量时间敏感。此外,我们可以测量前进和后退接触角使用我们的倾斜基座选项(如下所示)与任何雷-哈特ramé-hart接触角测向。

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