接触角

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[拼音]:jiechujiao

[外文]:contact angle

在固、液、气三相交界处,自固-液介面经过液体内部到气- 液介面之间的夹角称为接触角,通常以θ 表示(见图)。

将一滴液体,放在一均匀平滑的固体表面上,一种情况是液体完全展开覆盖固体表面,另一种情况是液滴与固体表面形成一定角度停留于表面上。 液体在固体表面上的接触角与固-气介面自由能γSG、固-液介面自由能γSL及液体的表面张力γLG之间的关系,服从杨氏润溼方程:

γSG-γSL=γLGcosθ

此方程可看作在固、液、气三相交界处,三个介面张力之间平衡的结果。接触角的大小,可以反映液体对固体表面的润溼情况,接触角愈小,润溼得愈好。

通过测定接触角和液体的表面张力,利用杨氏润溼方程,可以得到粘附功、粘附张力、铺展系数的值,并能对各种润溼过程能否自动进行作出判断(见铺展)。

接触角的测定方法大体分为三类:

(1)角度测量法,观测液滴或气泡在固体表面上的外形,并在固、液、气三相交点处作切线,用量角器直接量角度;

(2)长度测量法,通过对在固体表面上液滴的高度、宽度等的测量,计算出接触角,如液滴最大高度法、吊片法等;

(3)重量法,利用吊片法测定液体表面张力的原理,可以测定液体对固体(吊片)的接触角。

在测量接触角时,若在固-液介面扩充套件后测量,此接触角称前进角,通常以θA表示;若在固-液介面缩小后测量,此接触角为后退角,用θR表示。通常前进角与后退角的数值不等,两者之差值(θA-θR)叫做接触角滞后。造成接触角滞后现象的主要原因是液体或固体表面被污染,固体表面的粗糙不平和不均匀性,以及某些高聚物表面上大分子链段的流动性。表面的不平不仅影响接触角滞后,而且还影响接触角数值。粗糙度对接触角的影响可用温策尔方程表示:

γ=cosθ′/cosθ

式中γ为粗糙因子,是表面粗糙化后的真实表面积与表观表面积之比。θ′为在粗糙化表面上的接触角。θ为在平滑表面上的接触角。当θ<90°时,表面愈粗糙,θ′值愈小;而当θ>90°时,表面粗糙化使θ′变大。

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