表面張力和界面張力——如何選擇測量方法

 接觸角與表面粗糙度

 表面的化學(xué)和地形特性在許多不同的應(yīng)用和過程中是重要的參數(shù)，其中潤濕和粘附行為需要優(yōu)化。潤濕性可以通過測量基底與給定液體的接觸角來研究。的楊氏方程描述了固體、液體和蒸氣三相接觸處的平衡。

界面張力，形成潤濕的平衡接觸角，

該圖顯示了理想和真實(shí)表面上的液滴。在理想表面上，應(yīng)用楊氏方程，并且測量的接觸角等于年輕接觸角（上圖）。在實(shí)際表面上，實(shí)際接觸角是與液體-蒸汽界面的切線和固體（下部圖像）的實(shí)際局部表面之間的夾角。然而，測量的（表觀）接觸角是宏觀上觀察到的液-氣界面的切線和代表表觀固體表面的線之間的夾角。實(shí)際和明顯的接觸角值可以基本上彼此偏離。為了計(jì)算固體的實(shí)際表面自由能，應(yīng)該使用實(shí)際的接觸角。

    水滴角測試儀的優(yōu)點(diǎn)：

    影像分析法接觸角測試儀可使用環(huán)境遠(yuǎn)高于力測量法，我們可以容易測得各種外形品的接觸角值。而力測量法接觸角測試儀對于材質(zhì)的均勻度以及平整性均有較高的要求。我們更可以用于測試高溫條件下的樣品的表面張力值，如融化后的聚合物。這就是影像分析法接觸角測試儀的優(yōu)點(diǎn)。

    影像分析法接觸角測試儀的主要缺陷在于人為誤差較大。

    這種缺陷主要是由于：

   一、接觸角切線的再現(xiàn)能力較差，主要是因?yàn)槭褂谜叩娜藶榕袛嗾`差所致；

   二、水平線的確認(rèn)較困難，而水平線的高低不同，導(dǎo)致的結(jié)果也會(huì)有較大誤差。以上缺陷作為彌補(bǔ)辦法，接觸角測試儀采用軟件全自動(dòng)分析方法計(jì)算接觸角值。但這種方法也會(huì)受限于測試區(qū)域內(nèi)是否有雜點(diǎn)。水滴角測試儀采用高精度升降臺(tái)，控制樣品臺(tái)水平線與軟件水平線的一致，以硬件方式提升水平線的識(shí)別能力。但是，這種硬件校正水平線也會(huì)因樣品不同，有時(shí)也會(huì)存在水平線無法觀察到的現(xiàn)象。

動(dòng)態(tài)接觸角選擇哪個(gè)作為最后數(shù)據(jù)氣、液、固三相交界處的氣-液界面和固-液界面之間的夾角θ.是潤濕程度的量度.

若θ90°,則固體是憎液的,即液體不潤濕固體,容易在表面上移動(dòng),不能進(jìn)入毛細(xì)孔.

潤濕過程與界面張力有關(guān).一滴液體落在固體表面上,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),有如下幾種情況.

平衡時(shí),有 σs,g= σs,l σg,lcosθ 稱為楊氏公式,可以預(yù)測潤濕情況.

當(dāng)θ=0,完全潤濕； 當(dāng)θ＜90°,部分潤濕或潤濕；當(dāng)θ=90°,潤濕與否的分界線；當(dāng)θ＞90°,不潤濕；當(dāng)θ=180°,完全不潤濕.