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接触角的常见问题

来源:技术文章    发布时间:2020-06-24    浏览:319次

一、接触角的定义是什么?

 

1805年,英国科学家托马斯·杨(Thomas Young)在研究润湿和毛细现象时描述了界面张力和接触角的定量关系。两百多年来,杨氏方程已成为润湿领域最基本的理论之一。将一液滴滴在固体表面上,形成图所示的形状。在固-液-三相界面上,固气的界面张力为γSV,固液的界面张力为γSL,气液的界面张力为γLV。在三相交界处自固液界面经过液体内部到气液界面的夹角叫接触角θ。三相界面服从的关系就是著名的Young方程:

                         γLV cosθ=γSV - γSL

    Young方程是研究液固润湿作用的基础。接触角θ的大小是判定润湿性能好坏的依据。若θ=0,cosθ=1,液体完全润湿固体表面,液体在固体表面铺展;0<θ<90°,液体可润湿固体,且θ值越小,润湿性能越好;90°<θ<180°,液体不润湿固体;θ=180°,完全不润湿,液体在固体表面凝聚成小球。

 

 

二、接触角的测定方法

  • 停滴法(座滴法)

在光滑、均匀、水平的固体表面上放一小液滴,因液滴很小,重力作用可以忽略。可将液滴视作球体的一部分。测得液滴的高度h和底宽2r,由简单的几何分析可求出θ。

Sinθ=2hr/(h2+r2)

tanθ=2hr/(r2-h2)

 

  • 插板法

将表面光滑、均匀的固体薄片垂直插入液体中,如果液体能够湿润次固体,则将沿薄片平面上升。升高值h和接触角θ之间的关系为:

Sinθ=1-ρgh2/2σLG

液体的密度ρ,表面张力σLG

 

 

 

三、接触角的滞后现象

考虑一个在水平面上具有稳定接触角的液滴。若表面是理想光滑和均匀的,往这液滴加少量液体,则液滴周界的前沿向前拓展,但仍保持原来的接触角。从液滴中抽取少量液体,则液滴的周界前沿向后收缩,但维持原来的接触角。反之,若表面是粗糙的或不均匀的,向液滴加入一点液体只会使液滴变高,周界不动,从而使得接触角变大,此时的接触角称为前进角θa。若加入足够多的液体,液滴的周界会突然向前蠕动,此突然运动刚要发生时的角度称为最大前进角θa max。若从液滴中取出少量液体,液滴在周界不移动的情况下变得更平坦,接触角变小,此时的接触角称为后退角θr。当抽取足够多的液体时,液滴周界前沿会突然收缩,此突然收缩刚要发生时的角度称为最小后退角θr min。

在倾斜面上的前进角和后退角。假若没有接触角滞后,平板只要稍微倾斜一点,液滴就会滚动。接触角的滞后时液滴能稳定在斜面上。这个事实表明,接触角滞后的原因时由于液滴的前沿存在这能垒。

 

 

四、接触角测量仪软件功能包括哪些

 

 接触角测量仪主要用于测量液体对固体的接触角,即液体对固体的浸润性,仪器能测量各种液体对各种材料的润湿角/接触角。同时可测量和计算表面液体张力/界面张力、固体表面张力/自由能。能测量各种液体对各种材料的接触角。仪器采用机械电子一体化工艺制造,仪器采用先进的专用CMOS/CCD工业数字摄像机(可选配高速摄像和存储功能的工业相机),配倍高清可变焦式显微镜筒和高亮度LED冷光源背景光源系统,XYZ三维样品台(可选配滚动平台、自动控温平台),高精度进样系统(可选配全自动进样系统和全自动滴定系统)。

  接触角测试仪器基本原理:接触角的定义为在固、液。气三相交界面处,气-液相界面与固-液相界面之间的夹角,接触角θ的大小是判定润湿性能好坏的依据。若θ=0,cosθ=1,液体完全润湿固体表面,液体在固体表面铺展;0<θ<90°,液体可润湿固体,且θ值越小,润湿性能越好;90°<θ<180°,液体不润湿固体;θ=180°,完全不润湿,液体在固体表面凝聚成小球。低值接触角表示湿度高(亲水性)表面易粘贴。高值接触角表示表面显示疏水性,表面有机污染较重或表面附着力差。与平坦的固体表面像接触的液体的接触角,通过液体-固体-气体接合点中水珠曲线的终点和固体表面的接触点测定出来。

  接触角测量仪软件功能包括:

  (1)接触角计算功能(测高法、量角法、自动分析法);

  (2)左右接触角对比功能(可计算平均值);

  (3)九种常见表面自由能估算;

(4)自动基准线功能;

(5)软件自动识别限位

(6)程序化设定测量点

(7)图像和数据自动保存数据库,可调阅和打印

(8)粘度功、内聚能、加液减液法测量滞后性

(9)悬滴法测量液体表面张力

 

 

 

五、接触角测量仪的主要功能和应用范围

接触角测量仪的主要功能:

1、液滴在固体表面的接触角测量(包括外相为气体或不相混溶的液体);2、液滴在固体表面的动态接触角测量(包括前进接触角、后退接触角、滚动角等);3、液气表面和液液界面张力测量(悬滴法);4、表面活性剂临界胶束浓度分析(悬滴法);5、固体表面自由能及其分量估算(包括表面能、临界表面张力、色散力、极性力、氢键力、范德华分量、路易斯酸/碱分量等);6、润湿性行为分析(包括竞争、粘附、润湿、铺展、吸收等)。

 

接触角测量仪应用范围:

1、纳米材料与不同活性剂间湿润性的测定与研究;2、薄膜、织物、纸张等表面吸附/吸收过程分析;3、亲水铝箔、岩芯、矿物、沥青、绝缘子等润湿性行为分析;4、偏光片、胶片、眼镜片等表面润湿性和吸附性分析;5、清洗行业的清洗效果检测;6、晶圆、封装基板、LED、高精密部件等有机污染检测;7、玻璃、液晶屏、触控屏等表面处理效果和清洁度检测;8、表面活性剂如化妆品、乳液、石油等分析与应用;9、医药、食品、聚合物等表面竞争、吸附和浸透性分析;10、粘贴剂与固体间的粘接程度研究与检测;11、纤维、碳纤维、玻璃纤维和树脂等表征分析;12、喷雾、油漆、涂料和油墨等配方设计和润湿性分析;13、清洁剂如肥皂、洗涤剂等表()面张力分析;14、印刷、镀膜、电镀和上漆等表面附着力检测。

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