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什么是接觸角,又該如何測量?

發布時間:2019-09-24      點擊次數:1794
 
  
  潤濕與不潤濕現象是液體與固體接觸處的一種表面現象。潤濕與不潤濕取決于液體分子與固體分子問的相互作用力(稱為附著力)大于或小于液體分子間的相互作用力(稱為內聚力)。分子問引力有一作用范圍,與固體接觸處的接觸面對液體分子的影響也有一定的范圍。設固、液分子間的引力有效作用距離為/,液、液分子問的引力有效作用距離為眾,則在液、固接觸處,厚度的較大者的一層液體中的分子受力情況將與內部的液體分子受力情況有所不同,它們將受到接觸面的影響,這層液體我們稱之為附著層。
  
  實驗表明,不同液體對不同固體潤濕與不潤濕的程度不同,為表明這種潤濕或不潤濕的程度,引入接觸角這個物理量。在液體與固體接觸處,作液體表面的切線與固體表面的切線,這兩條切線通過液體內部所成的角度,稱為接觸角。
  
  在材料表面上附著的液滴會呈現出一定形狀,這個形狀取決于固體-液體-氣體各界面之間的張力平衡。1805年ThomasYoung首先提出了一個方程描述這個平衡態,從此接觸角測量就成為評價液體對固體表面潤濕的經典方法。就接觸角的數值而言,接觸角越小說明固體表面越容易被液體潤濕,接觸角越大說明固體表面越難被液體潤濕。
  
  實際上接觸角值是通過測量液滴輪廓在三相接觸點處的一階導數即切線的斜率而得到的,而三相接觸點附近的液滴輪廓會受到各種光線的干擾,或者由于材料不夠平整遮掩住三相接觸點附近的輪廓。所以光學法接觸角測量并不是對數碼照片上的某個夾角直接測量而得到的,而是使用不同的數學模型擬合液滴輪廓,再通過計算得到的。
  
  若θ<90°,則固體是親液的,即液體可潤濕固體,其角越小,潤濕性越好;若θ>90°,則固體是憎液的,即液體不潤濕固體,容易在表面上移動,不能進入毛細孔。
  
  潤濕過程與體系的界面張力有關。一滴液體落在水平固體表面上,當達到平衡時,形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式(YoungEquation):
  
  γs,g=γs,l+γg,l×cosθ
  
  由它可以預測如下幾種潤濕情況:
  
 ?、佼?theta;=0,完全潤濕;
  
 ?、诋?theta;<90°,部分潤濕或潤濕;
  
 ?、郛?theta;=90°,是潤濕與否的分界線;
  
 ?、墚?theta;>90°,不潤濕;
  
 ?、莓?theta;=180°,完全不潤濕。
  
  毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。
  
  浸潤液體上升,接觸角為銳角;不浸潤液體下降,接觸角為鈍角。
  
  上升高度h=2×表面張力系數/(液體密度×重力加速度g×液面半徑R)。
  
  上升高度h=2×表面張力系數×cos接觸角/(液體密度×重力加速度g×毛細管半徑r)。
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