水滴角(contact angle)是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線,此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ,是潤(rùn)濕程度的量度。
前面對(duì)接觸角測(cè)定儀常識(shí)進(jìn)行了介紹,實(shí)施時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)問(wèn)題:平衡時(shí)間和體系溫度的恒定,當(dāng)體系未達(dá)平衡時(shí),接觸角會(huì)變化,這時(shí)的接觸角稱為動(dòng)態(tài)接觸角,動(dòng)態(tài)接觸角研究對(duì)于一些粘度較大的液體在固體平面上的流動(dòng)或鋪展有重要意義(因粘度大,平衡時(shí)間長(zhǎng))。同時(shí),對(duì)于溫度變化較大的體系,由于表面張力的變化,接觸角也會(huì)變化,因此,若一已基平達(dá)平衡的體系,接觸角的變化,可能與溫度變化有關(guān),簡(jiǎn)單判斷影響因素的方法是,平衡時(shí)間的影響一般是單方向的,而溫度的波動(dòng)可能造成γ的升高或降低。 除平衡時(shí)間和溫度外,影響接觸角穩(wěn)定的因素還有接觸角滯后和吸附作用。
進(jìn)入毛細(xì)管,這個(gè)還與具體液體有關(guān),并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細(xì)管。 [2]
潤(rùn)濕過(guò)程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式(young equation):
γsv = γsl + γlv×cosθe
由它可以預(yù)測(cè)如下幾種潤(rùn)濕情況:
1)當(dāng)θ=0,*潤(rùn)濕;
2)當(dāng)θ﹤90°,部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕;
3)當(dāng)θ=90°,是潤(rùn)濕與否的分界線;
4)當(dāng)θ﹥90°,不潤(rùn)濕;
5)當(dāng)θ=180°,*不潤(rùn)濕。
毛細(xì)現(xiàn)象中液體上升、下降高度h。h的正負(fù)表示上升或下降。
浸潤(rùn)液體上升,接觸角為銳角;不浸潤(rùn)液體下降,接觸角為鈍角。
上升高度h=2*表面張力系數(shù)/(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(shù)*cos接觸角/(液體密度*重力加速度g*毛細(xì)管半徑r)。
潤(rùn)濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。
測(cè)量方法
接觸角現(xiàn)有測(cè)試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用廣泛,測(cè)值直接與準(zhǔn)確的還是外形圖像分析方法.
外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過(guò)顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來(lái).
計(jì)算接觸角的方法通?;谝惶囟ǖ臄?shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過(guò)測(cè)量特定的參數(shù)如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計(jì)算得出接觸角值。young-laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系,可用來(lái)準(zhǔn)確地描述一軸對(duì)稱的液滴的外形輪廓,從而計(jì)算出其接觸角。