接触角

当液体和固体接触时其间存在界面,液体表面和接触面的轮廓之间的角度称为接触角θ(小写字母)。接触角(润湿角)是液体润湿固体的一种量度。

背景

在完全润湿下(铺展)情况下接触角为 0°。在0°和 90°之间固体是可润湿的,大于90°固体不可润湿。在所谓荷叶效应的超疏水材料情况下接触角接近极限180°。

图:不同材料的接触角

根据杨氏方程,在接触角θ,液体表面张力σl,液固界面张力 σsl以及固体表面自由能 σs之间存在以下关系:

接触角示意图

固体表面自由能能够通过使用一种或多种液体的接触角测量得到。

 

 

意义

接触角非常重要,无论在液体和固体之间相接触的强度需要检查和评估的时:比如涂层、着色、清洁、印刷、疏水或亲水涂料、粘合、分散等。

 

 

测量方法
  • 液滴形状分析(DSA):在液滴轮廓和表面投影(基线)之间的交叉点上(三相接触点)使用座滴图像测量接触角。
  • Wilhelmy板法当板状固体垂直移动入液体测得作用在拉力方向上的力。这个力取决于接触角以及表面张力和润湿长度
  • 使用Washburn法测量粉末接触角:浸没装满粉末管子的重量增加取决于时间。除了其它,液体柱增加速率取决于接触角。
  • 顶视距离法使用反映液滴表面顶部的光斑距离测量与表面曲率相关的接触角。