接触角的常见问题

一、接触角的定义是什么？

1805年，英国科学家托马斯·杨（Thomas Young）在研究润湿和毛细现象时描述了界面张力和接触角的定量关系。两百多年来，杨氏方程已成为润湿领域基本的理论之一。将一液滴滴在固体表面上，形成图所示的形状。在固-液-三相界面上，固气的界面张力为γ_SV，固液的界面张力为γ_SL，气液的界面张力为γ_LV。在三相交界处自固液界面经过液体内部到气液界面的夹角叫接触角θ。三相界面服从的关系就是著名的Young方程：

                         γ_LV cosθ=γ_SV - γ_SL

    Young方程是研究液固润湿作用的基础。接触角θ的大小是判定润湿性能好坏的依据。若θ=0，cosθ=1，液体*润湿固体表面，液体在固体表面铺展；0<θ<90°，液体可润湿固体，且θ值越小，润湿性能越好；90°<θ<180°，液体不润湿固体；θ=180°，*不润湿，液体在固体表面凝聚成小球。

二、接触角的测定方法

• 停滴法（座滴法）

在光滑、均匀、水平的固体表面上放一小液滴，因液滴很小，重力作用可以忽略。可将液滴视作球体的一部分。测得液滴的高度h和底宽2r，由简单的几何分析可求出θ。

Sinθ=2hr/(h²+r²)

tanθ=2hr/(r²-h²)

• 插板法

将表面光滑、均匀的固体薄片垂直插入液体中，如果液体能够湿润次固体，则将沿薄片平面上升。升高值h和接触角θ之间的关系为：

Sinθ=1-ρgh²/2σ_LG

液体的密度ρ，表面张力σ_LG

三、接触角的滞后现象

考虑一个在水平面上具有稳定接触角的液滴。若表面是理想光滑和均匀的，往这液滴加少量液体，则液滴周界的前沿向前拓展，但仍保持原来的接触角。从液滴中抽取少量液体，则液滴的周界前沿向后收缩，但维持原来的接触角。反之，若表面是粗糙的或不均匀的，向液滴加入一点液体只会使液滴变高，周界不动，从而使得接触角变大，此时的接触角称为前进角θa。若加入足够多的液体，液滴的周界会突然向前蠕动，此突然运动刚要发生时的角度称为大前进角θa max。若从液滴中取出少量液体，液滴在周界不移动的情况下变得更平坦，接触角变小，此时的接触角称为后退角θr。当抽取足够多的液体时，液滴周界前沿会突然收缩，此突然收缩刚要发生时的角度称为小后退角θr min。

在倾斜面上的前进角和后退角。假若没有接触角滞后，平板只要稍微倾斜一点，液滴就会滚动。接触角的滞后时液滴能稳定在斜面上。这个事实表明，接触角滞后的原因时由于液滴的前沿存在这能垒。

四、接触角测量仪软件功能包括哪些

　接触角测量仪主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，仪器能测量各种液体对各种材料的润湿角/接触角。同时可测量和计算表面液体张力/界面张力、固体表面张力/自由能。能测量各种液体对各种材料的接触角。仪器采用机械电子一体化工艺制造，仪器采用先进的CMOS/CCD工业数字摄像机（可选配高速摄像和存储功能的工业相机），配倍高清可变焦式显微镜筒和高亮度LED冷光源背景光源系统，XYZ三维样品台（可选配滚动平台、自动控温平台），高精度进样系统（可选配全自动进样系统和全自动滴定系统）。

　　接触角测试仪器基本原理：接触角的定义为在固、液。气三相交界面处，气-液相界面与固-液相界面之间的夹角，接触角θ的大小是判定润湿性能好坏的依据。若θ=0，cosθ=1，液体*润湿固体表面，液体在固体表面铺展；0<θ<90°，液体可润湿固体，且θ值越小，润湿性能越好；90°<θ<180°，液体不润湿固体；θ=180°，*不润湿，液体在固体表面凝聚成小球。低值接触角表示湿度高（亲水性）表面易粘贴。高值接触角表示表面显示疏水性，表面有机污染较重或表面附着力差。与平坦的固体表面像接触的液体的接触角，通过液体-固体-气体接合点中水珠曲线的终点和固体表面的接触点测定出来。

　　接触角测量仪软件功能包括：

　　（1）接触角计算功能（测高法、量角法、自动分析法）；

　　（2）左右接触角对比功能（可计算平均值）；

　　（3）九种常见表面自由能估算；

（4）自动基准线功能；

（5）软件自动识别限位

（6）程序化设定测量点

（7）图像和数据自动保存数据库，可调阅和打印

（8）粘度功、内聚能、加液减液法测量滞后性

（9）悬滴法测量液体表面张力

五、接触角测量仪的主要功能和应用范围

接触角测量仪的主要功能：

1、液滴在固体表面的接触角测量（包括外相为气体或不相混溶的液体）；2、液滴在固体表面的动态接触角测量（包括前进接触角、后退接触角、滚动角等）；3、液—气表面和液—液界面张力测量（悬滴法）；4、表面活性剂临界胶束浓度分析（悬滴法）；5、固体表面自由能及其分量估算（包括表面能、临界表面张力、色散力、极性力、氢键力、范德华分量、路易斯酸/碱分量等）；6、润湿性行为分析（包括竞争、粘附、润湿、铺展、吸收等）。

接触角测量仪应用范围：

1、纳米材料与不同活性剂间湿润性的测定与研究；2、薄膜、织物、纸张等表面吸附/吸收过程分析；3、亲水铝箔、岩芯、矿物、沥青、绝缘子等润湿性行为分析；4、偏光片、胶片、眼镜片等表面润湿性和吸附性分析；5、清洗行业的清洗效果检测；6、晶圆、封装基板、LED、高精密部件等有机污染检测；7、玻璃、液晶屏、触控屏等表面处理效果和清洁度检测；8、表面活性剂如化妆品、乳液、石油等分析与应用；9、医药、食品、聚合物等表面竞争、吸附和浸透性分析；10、粘贴剂与固体间的粘接程度研究与检测；11、纤维、碳纤维、玻璃纤维和树脂等表征分析；12、喷雾、油漆、涂料和油墨等配方设计和润湿性分析；13、清洁剂如肥皂、洗涤剂等表(界)面张力分析；14、印刷、镀膜、电镀和上漆等表面附着力检测。