如何在表麵表征中利用接觸角:靜態接觸角
發布時間:2022-07-07 11:51:06
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接觸角測量是表征固體表麵潤濕性的最有用的方法。它提供了對表麵最敏感、定量、成本最低且易於進行的測量。由於這些原因,接觸角測量被廣泛用於許多工業領域。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麵不僅有一個獨特的接觸角。相反,可以測量靜態接觸角、前進和後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麵上顯示不同的值,有時可能會混淆要測量哪個值。另一方麵,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。
什麽是靜態接觸角?
靜態接觸角是液滴與固體表麵接觸的角度的量度。
靜態接觸角可以估計表麵的親水性/疏水性
靜態接觸角通常用於確定表麵的親水性/疏水性。如果接觸角測量是用水完成的,當接觸角低於 90 度時,表麵稱為親水的,而當接觸角高於 90 度時,表麵稱為疏水的。
親水和疏水表麵有多種應用,當為此類應用選擇材料時,靜態接觸角可能很有用。
靜態接觸角可用於質量控製,例如評估表麵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。
靜態接觸角用於計算表麵自由能
靜態接觸角最常見的用途之一是計算表麵自由能。表麵自由能是固體表麵的一種性質。測量表麵自由能作為潤濕性的先決條件之一是固體的表麵自由能高於塗料配方的表麵張力。因此,通常計算表麵自由能,並將該值與不同塗料配方的表麵張力進行比較,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。理想和真實表麵的吉布斯自由能草圖可以很容易地解釋主要問題。如果表麵是理想的,那麽液滴將隻有一個能量最小值。測得的接觸角將等於這個能量最小值,可以稱為平衡接觸角。然而,在真實表麵上,有幾個局部最小值,它們之間存在能量障礙。這意味著在真實表麵上,液滴可以采取介於兩者之間的任何形狀,並且不一定等於全局能量最小值。
