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接触角的测量类型
点击次数:334 发布时间:2018-12-14

接触角可以通过在固体上滴一滴液体来测量。固液界面与液气界面形成的夹角称为接触角。常用的测量方法是通过观察液滴的轮廓,二维测量固体与液滴轮廓之间形成的夹角,其顶点在三相线上,如下图所示。

杨氏方程用来描述内聚力和粘附力之间的相互作用,并测量表面能。

用接触角下降超过90°是疏水的。湿性差,粘附性差,固体表面自由能低。接触角小的液滴是亲水的。这种情况反映了较好的润湿性、较好的附着力和较高的表面能。

 

接触角测量类型

静态接触角

这可能是常见的测量方法。静态固着点创建后不久的一次读取。当固相、液相和气相之间达到热力学平衡时,就获得了一个静态接触角。

静态接触角提供了有关表面特性的宝贵信息。

接触角常用于测量清洁度。有机污染物会阻止湿润,导致亲水表面的接触角增大。当表面经过清洗和处理以去除污染物时,接触角通常会随着润湿性的改善和表面能量的增加而减小。

例如,半导体制造的接触角是经常用来描述硅片的润湿性,以描述生产过程的效果和表面蚀刻等修改,钝化,超声波搅拌,和其他表面处理和清洗过程,以及量化树脂的影响,引物,氧化,焊接、退火、抛光。

 

表面粗糙度也会影响静态接触角。

 

在液滴上运动的任何接触角都被认为是动态接触角测量。这些包括但不限于倾斜平板接触角的测量、增减体积以及与时间有关的研究。

 

倾斜板法

倾斜板的方法抓住了接触角测量在左右液滴在固体表面的倾向通常从0°- 90°。当表面倾斜时,重力使下坡面的接触角增大,上坡面的接触角减小。这些接触角分别称为前进角和后退角。它们之间的区别是接触角滞后。在某些情况下,液滴会从固体上滚落下来,因为在滚落角处发生了润湿。后的有效读数被捕获,通常表示前进和后退的接触角。在某些情况下,固体可以倾斜到90°没有释放。后使用左右接触角。下图显示了固体倾斜时的固着液滴。

 

 

增减体积法

还有其他方法来捕捉前进和后退的接触角。一项研究要求在不增加三相线的情况下,将体积动态地增加到允许的大体积。由此产生的大可能接触角称为前进角。然后从下降中移除卷。当在不减少三相线的情况下,达到可以去除的大体积时,测量出产生的接触角。这个角度就是后退角。当后退角从前进角减去时,结果称为接触角滞后。这种迟滞现象表征了表面的拓扑结构,有助于量化污染、表面化学异质性以及表面处理、表面活性剂和其他溶质的影响。该方法对确定推进角有较好的效果。然而,用这种方法很难捕捉到接触角的后退,因为针必须嵌入液滴中才能去除体积,这也干扰了液滴轮廓的几何形状。另一种捕获后退接触角的方法是蒸发法。当体积蒸发时,反复测量水滴。在除湿和随后减少三相线之前,测量了后退接触角。

 

随时间变化的动态研究

研究人员经常会观察接触角随时间的变化,以研究吸收、蒸发和更奇怪的现象的影响,例如Cassie到Wenzel过渡态。其他随时间变化的研究跟踪接触角随时间的变化,因为环境因素(如温度和湿度)的变化。在某些情况下,通过添加或降低表面张力的添加剂来改变滴度。

近年来,为了更好地理解超疏水性,许多研究者一直在探索Cassie和Wenzel态。简而言之,在Cassie状态下,一滴落在凹凸不平的顶部,在滴下有空隙,如下图所示。接触液滴的表面积百分比用来定义表观(或测量)接触角。在Wenzel状态下,液滴填充了液滴下的所有区域,并根据粗糙度计算了表面接触角。

 

Wilhelmy平板法

一种测量接触角的替代方法包括将一个板降到测试液中,然后将其移除;在此过程中,测量板上的力。该方法比无梗滴法复杂,需要大量的液体,不确定非均匀性,要求固体样品制作到的尺寸和两个相同的表面。它还需要一个更加的测量仪器。

 

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