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(xiàn),此切線(xiàn)在液體一方的與固-液交界線(xiàn)之間的夾角θ,是潤濕程度的量度。
前面對接觸角測定儀常識進(jìn)行了介紹,實(shí)施時(shí)應注意以下兩個(gè)問(wèn)題:平衡時(shí)間和體系溫度的恒定,當體系未達平衡時(shí),接觸角會(huì )變化,這時(shí)的接觸角稱(chēng)為動(dòng)態(tài)接觸角,動(dòng)態(tài)接觸角研究對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(cháng))。同時(shí),對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,影響接觸角穩定的因素還有接觸角滯后和吸附作用。
進(jìn)入毛細管,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)入毛細管。 [2]
潤濕過(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,當達到平衡時(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
由它可以預測如下幾種潤濕情況:
1)當θ=0,*潤濕;
2)當θ﹤90°,部分潤濕或潤濕;
3)當θ=90°,是潤濕與否的分界線(xiàn);
4)當θ﹥90°,不潤濕;
5)當θ=180°,*不潤濕。
毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。
浸潤液體上升,接觸角為銳角;不浸潤液體下降,接觸角為鈍角。
上升高度h=2*表面張力系數/(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*cos接觸角/(液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r)。
潤濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開(kāi)采、紡織印染、農藥加工、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。
測量方法
接觸角現有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱(chēng)重法.后者通常稱(chēng)為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應用廣泛,測值直接與準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)顯微鏡頭與相機獲得液滴的外形圖像, 再運用數字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來(lái).
計算接觸角的方法通?;谝惶囟ǖ臄祵W(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過(guò)測量特定的參數如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系,可用來(lái)準確地描述一軸對稱(chēng)的液滴的外形輪廓,從而計算出其接觸角。