粗糙度

粗糙度表示固体表面不均匀程度。粗糙度反映了固体的润湿性

背景

固体粗糙度测量包含:

  • 粗糙度系数r’,定义了真实表面和几何投影表面的比值。
  • 平均粗糙度定义了从虚拟高度线到实际表面高度的距离。

粗糙度和润湿性

因为大表面积伴随着高粗糙度,粗糙度会影响固体润湿度和液体的接触角。如下:

如果一种液体在平滑表面上形成小于90°接触角,固体被润湿,但在同样物质的粗糙表面上接触角会变小。这个效应被用在Wilhelmy板法里。例如增加铂金版的粗糙度从而提高润湿性。根据Wenzel,下面是粗糙度和小于90°接触角的关系:

cosθ* = r'cosθ

θ* = 测得接触角; θ = 杨氏方程接触角; r’ = 粗糙度系数;

  • 如果液体在平滑表面形成的接触角大于90°,固体没有被浸湿。接触角在同样物质的粗糙表面会变大。自清洁,超疏水表面( 荷叶效应 )通常是通过粗糙表面结构形成的低润湿性低 表面自由能 材料。

Bibliography

R. N. Wenzel, Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water. In: Ind. Eng. Chem. 28, Nr. 8, 1936, p. 988–994
A.B. D. Cassie, S. Baxter, Wettability of Porous Surfaces. In: Trans. Faraday Soc. 40, 1944, p. 546–551