水滴角的定義:
一滴水落在干凈的玻璃板上,會(huì )在板面上擴散開(kāi)來(lái),形成一薄層水;同樣一滴水,滴在石蠟上,這滴水會(huì )聚集成近似的球形,只是由于重力的作用稍微壓扁了一些。
一滴水銀淌在干凈的玻璃上,水銀會(huì )聚集成近似的球形;同樣一滴水銀,滴在鋅板或鉛板上,水銀會(huì )向四面漫流,形成一灣層水銀。
水在玻璃上向四面漫流,水銀在銅板或鋅板上向四面漫流這類(lèi)現象,我們稱(chēng)之為潤濕現象,前者稱(chēng)為水潤濕玻璃,后者稱(chēng)為水銀潤濕銅板或鋅板。水滴角測量?jì)x就是測試種種材料的潤濕現象的。
水在石蠟上聚成近似球形,水銀在玻璃板上聚成近似球形這類(lèi)現象,稱(chēng)為不潤濕現象。前者稱(chēng)為水不潤濕石蠟,后者稱(chēng)為水銀不潤濕玻璃。
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(wèn)的相互作用力(稱(chēng)為附著(zhù)力)大于或小于液體分子間的相互作用力(稱(chēng)為內聚力)。分子問(wèn)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(wèn)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(chēng)之為附著(zhù)層。
實(shí)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,引入水滴角這個(gè)物理量。在液體與固體接觸處,作液體表面的切線(xiàn)與固體表面的切線(xiàn),這兩條切線(xiàn)通過(guò)液體內部所成的角度,稱(chēng)為水滴角。
當液體潤濕固體時(shí),液體與固體相接觸的附著(zhù)層要擴展,其水滴角為銳角。上圖表示潤濕固體的液體裝在用這種固體材料做成的容器中水滴角角的情況,下圖中表示潤濕固體的液滴在固體平面上的水滴角的情況。由圖可見(jiàn),水滴角口越小,液滴在固體平面上擴展攤開(kāi)的面積越大,液體潤濕固體的程度越高,當水滴角為零時(shí),液滴在固體平面上攤開(kāi)成很薄的薄層,這時(shí)稱(chēng)液體*潤濕該種固體。
當液體不潤濕固體時(shí),液體與固體相接觸的附著(zhù)層要收縮減小,所以其水滴角為鈍角。圖中表示不潤濕固體的液體裝在以這種固體材料為器壁的容器中水滴角的情況,下圖為不潤濕固體的液淌在固體平面上的水滴角。由因可見(jiàn),水滴角口越大,液體越不潤濕固體,當水滴角小于零度時(shí),不潤濕固體的液滴與固體平面相切,這種液體對這種固體*不潤濕。
固、液、氣接觸處形成的水滴角的大小,*由液體和固體本身的性質(zhì)所決定,一定的液體和一定的固體,其水滴角的數值是一定的,由于液體對固體的潤濕與不潤濕兩種情況。
水滴角測量?jì)x分析方法:
切線(xiàn)法:常規方法,需手工切線(xiàn),誤差較大
圓法:也叫寬高法,θ/2法,利用三點(diǎn)擬合一個(gè)圓形(開(kāi)放式存在,能更好的看清楚是否貼合在一起),從而計算出水滴角度。適用于<20°角度的水滴角測量。
橢圓法:當水滴角度超過(guò)20度時(shí),此時(shí)已不是一個(gè)常規的圓形,而近似一個(gè)橢圓形,橢圓法用五點(diǎn)擬合橢圓形,從而計算出水滴角度。適用于>20° <120°角度測量。
Laplace-Young法:適用于>120°超疏水角度的測量。但是Laplace-Young法有一個(gè)缺點(diǎn),就是圖象一定要非常清晰和完整,需自動(dòng)擬合,并且左右兩邊的角度要均勻。
將液滴輪廓微分分成多個(gè)小部分,再對每個(gè)小部分進(jìn)行擬合,大限度接近液滴真實(shí)的外觀(guān)輪廓,從而獲得準確的結果。
水滴角測量?jì)x詳細測試過(guò)程:
拍攝液滴圖象
確定基準線(xiàn)(固體與液體的分界線(xiàn)、兩個(gè)三相點(diǎn)的連線(xiàn))
確定液滴外型輪廓
選取適當的計算方法擬合液滴外型曲線(xiàn),計算水滴角