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什么是動(dòng)態(tài)接觸角水滴角

閱讀:374          發(fā)布時(shí)間:2023-10-18

楊氏方程中所預(yù)示的接觸角是假定固體表面平坦光滑,、化學(xué)均勻,、各相同性,,固—液—?dú)馊噙_(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的接觸角,,也稱之為靜態(tài)接觸角(Staic Contact Angle)θO,即固—液—?dú)馊嘟佑|線靜止未發(fā)生移動(dòng)的接觸角,。

但實(shí)際的固體表面在一定程度上可能存在粗糙不平,、化學(xué)組成不均一,受污染等多種情況,,這就使得實(shí)際接觸角并非如楊氏方程所預(yù)示的取值,。而是在相對(duì)穩(wěn)定的兩個(gè)角度之間變化,這種現(xiàn)象被稱為接觸角滯后現(xiàn)象,。上限為前進(jìn)接觸角(Advancing Contact Angle)θA,,下限為后退接觸角(Receding Contact Angle)θR。通常定義,,液—固界面取代氣—固界面后形成的接觸角叫前進(jìn)接觸角,;而氣—固界面取代液—固界面形成的接觸角叫后退接觸角。一般情況下前進(jìn)角總是大于后退角,,二者之差θA-θR=Δθ定義為接觸角滯后(Contact Angle Hysteresis),。

接觸角滯后的大小決定了液滴從固體表面滾落的難易程度,滯后越大表明液滴越不易從表面滾落,。滾動(dòng)角(Sliding Angle)能直觀的反映出接觸角滯后的大小,。所謂滾動(dòng)角是指一定體積的液滴從固體表面發(fā)生滾落時(shí)所需的最小傾斜角度,用α表示,。滾動(dòng)角與前進(jìn)角和后退角之間的關(guān)系可由Furmidge公式給出:

m·g·sinα=γLGW(cosθR-cosθA)       (1)

(1)式中m為液滴的質(zhì)量,,g為重力加速度,W為固—液接觸面的直徑,,由此式可得出接觸角滯后越小,,滾動(dòng)角就越小,。

在前進(jìn)角和后退角區(qū)間內(nèi),固—液—?dú)馊嘟佑|線是保持靜止的,,此時(shí)應(yīng)為靜態(tài)接觸角,;而當(dāng)出現(xiàn)前進(jìn)角或后退角時(shí),三相接觸線開始發(fā)生移動(dòng),,這種固—液—?dú)馊嘟佑|線發(fā)生移動(dòng)的接觸角稱之為動(dòng)態(tài)接觸角(Dynamic Contact Angle)θD,。

前進(jìn)角通常反映的是表面能較低、與液體親和力弱的那部分固體表面區(qū)域的性質(zhì),;后退角則相反,。對(duì)于超疏水性材料,如果知道了前進(jìn)接觸角,、后退接觸角以及液滴的起始滾動(dòng)角,,就可以更好的了解材料的表征;同樣在表面是傾斜的情況下,,考察液體在表面的潤濕行為就必須分析動(dòng)態(tài)接觸角才能更好地反映實(shí)際情況,。

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