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如何在表面表征中利用接觸角:靜態接觸角

發布時間:2022-07-07 11:51:06 瀏覽次數:1264

  接觸角測量是表征固體表面潤濕性的最有用的方法。它提供了對表面最敏感、定量、成本最低且易于進行的測量。由于這些原因,接觸角測量被廣泛用于許多工業領域。然而,測量的明顯簡單性有時會產生誤導,在進行接觸角測量時應小心,以便能夠得出正確的結論。


  一個明顯的問題是每個表面不僅有一個獨特的接觸角。相反,可以測量靜態接觸角、前進和后退接觸角以及粗糙度校正接觸角。這些中的每一個都可以在同一表面上顯示不同的值,有時可能會混淆要測量哪個值。另一方面,雖然其中一個接觸角可能與手頭的問題無關,但另一個可能更適合解決它。


  什么是靜態接觸角?


  靜態接觸角是液滴與固體表面接觸的角度的量度。


  靜態接觸角可以估計表面的親水性/疏水性


  靜態接觸角通常用于確定表面的親水性/疏水性。如果接觸角測量是用水完成的,當接觸角低于 90 度時,表面稱為親水的,而當接觸角高于 90 度時,表面稱為疏水的。


  親水和疏水表面有多種應用,當為此類應用選擇材料時,靜態接觸角可能很有用。


  靜態接觸角可用于質量控制,例如評估表面處理對接觸角的影響。例如,如果已知成功的等離子體處理可將接觸角從超過 90 度降低到 30 度以下,則接觸角提供了一種簡單的檢查方法。


  靜態接觸角用于計算表面自由能


  靜態接觸角最常見的用途之一是計算表面自由能。表面自由能是固體表面的一種性質。測量表面自由能作為潤濕性的先決條件之一是固體的表面自由能高于涂料配方的表面張力。因此,通常計算表面自由能,并將該值與不同涂料配方的表面張力進行比較,以確定最佳配方候選者。


  與靜態接觸角相關的問題


  盡管靜態接觸角的測量看似簡單,但也存在一些與之相關的問題。理想和真實表面的吉布斯自由能草圖可以很容易地解釋主要問題。如果表面是理想的,那么液滴將只有一個能量最小值。測得的接觸角將等于這個能量最小值,可以稱為平衡接觸角。然而,在真實表面上,有幾個局部最小值,它們之間存在能量障礙。這意味著在真實表面上,液滴可以采取介于兩者之間的任何形狀,并且不一定等于全局能量最小值。

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