接觸角的含義

什么是接觸角？

接觸角為我們提供了液體在表面上鋪展的好壞的指標(biāo)。在配制油墨時(shí)，接觸角提供了一個(gè)有用的指標(biāo)，表明油墨的改性將如何影響其鋪展。

接觸角可大可小，取決于被研究材料的物理性質(zhì)。下圖顯示了表面上的三種不同的水滴。最左邊的液滴具有大的接觸角，因?yàn)樗粫?huì)在固體表面上擴(kuò)散。最右邊的液滴具有低接觸角，因?yàn)樗鼣U(kuò)散得很好。這種擴(kuò)散被稱(chēng)為“潤(rùn)濕"，當(dāng)液滴沉積在表面上時(shí)，或者“潤(rùn)濕"或者“去潤(rùn)濕"。

下圖顯示了固體表面上液滴的2D截面。定位液滴輪廓與固體表面相交的點(diǎn)。液滴輪廓和固體表面之間的角度是接觸角。

如果我們想要一種溶液更容易在基底上擴(kuò)散，我們可以改變配方中使用的溶劑，并測(cè)試它們是否增加了潤(rùn)濕能力。在這種情況下，低接觸角將是期望的結(jié)果。

或者，我們可能正在為一件衣服開(kāi)發(fā)防水涂層。在這種情況下，高接觸角是理想的。我們將改變涂層配方，并使用水滴來(lái)確定哪種涂層更耐濕。

表面張力

液滴的表面張力由其組成分子之間的相互作用決定。一滴液體中的分子如下圖所示。在大部分液滴中，分子間作用力從各個(gè)方向均等地作用于分子。然而，在液滴表面，外側(cè)沒(méi)有液體分子。

表面上的分子比整體上的分子彼此結(jié)合得更緊密，因?yàn)樗鼈儧](méi)有被從各個(gè)方向拉過(guò)來(lái)。這意味著，一旦物體被淹沒(méi)，它穿透表面比在物體內(nèi)部移動(dòng)更困難。

平衡的力量

當(dāng)液滴與固體表面接觸時(shí)，有三個(gè)邊界需要考慮:固體、液體和包圍它們的蒸汽(通常是空氣)。

下圖顯示了液滴邊緣與固體表面接觸點(diǎn)的力圖。三個(gè)箭頭代表由表面張力在三個(gè)界面上施加的力:液體-表面、液體-蒸汽和固體-蒸汽。

每個(gè)力都遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，所以如果液滴處于平衡狀態(tài)，那么力是平衡的，可以用下面的等式來(lái)描述:

其中cos θ給出了液體-蒸汽表面張力的x分量。這可以重新安排以給出:

這個(gè)等式提供了一些有用的信息:

如果γ支援車(chē)(Suport Vehicle)> γ限位開(kāi)關(guān)（Limit Switch），cos θ為正，θ< 90°o(還有水滴濕胎).這可能發(fā)生在高表面能固體(如金屬)或低表面張力液體.

如果γ支援車(chē)(Suport Vehicle) < γ限位開(kāi)關(guān)（Limit Switch），則cos θ將為負(fù)，因此θ> 90°o(還有水滴dewets).這可能發(fā)生在低表面能固體，或一個(gè)高表面張力液體(比如水)。

這可能會(huì)提出一個(gè)問(wèn)題，即我們?nèi)绾螌⒈砻婺苊芏?/span>(單位J/m2)與表面張力(單位N/m)。

因此，表面能密度和表面張力可以相等。