全自動型接觸角與楊氏方程

液體滴于固體表面上,，隨著液體性質(zhì)的不同,，液體或鋪展而覆蓋固體表面，或形成一液滴停于其上,。如下圖所示,。我們把液體與固體平面所形成的液滴的形狀用接觸角（contact angle）來描述,。準確的接觸角是在固、液,、氣三相交界處,，自固液界面經(jīng)液體內(nèi)

部到氣體界面的夾角，通常以θ來表示,。接觸角是分析此式最早是T.Young在1805年提出的,，常稱為楊氏方程。這是潤濕的基本公式,，亦稱為潤濕方程,，可以看作是三相交界處三個界面張力平衡的結(jié)果。此關系式適用于三相交界處固液,、固氣界面共切線體系,。具體應用中，我們把接觸角大小作為評判潤濕性的重要指標,。通常接觸角越小,，潤濕性也就越好。習慣上,，我們把θ=90°定義為潤濕與否的標準,。我們把θ＞90°為不潤濕；θ＜90°為潤濕,，平衡接觸角,。

  接觸角的計算與測量方法

一. 接觸角的計算方法

對于理想的平面固體表面，當液滴在表面達平衡后,。只有一個符合Young方程的接觸角,。但實際固體表面是非理想的，因而會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,，致使接觸角的測量往往很難重復,。但經(jīng)過精心制備和處理的表面，有可能得到較重復的數(shù)據(jù),，特別是高分子的表面,。表面的制備和處理的目的是要得到較光滑、干凈的理想表面,，但具體的工藝因樣品而異,，這里不作更多的介紹。這里主要介紹一些常用的接觸角測定方法,，它們都是針對氣—液—固體系的接觸角而設計的,。但其中有些方法，只需略加修改，亦適用于液—液—固體系接觸角的測定,。測定接觸角有多種方法,，可根據(jù)直接測定物理量分為四類：⑴靜滴法（角度測量法）、⑵高度,、長度測量法⑶力測法⑷透過測量法,。前三種適用于連續(xù)的平滑固體表面，后一種方法可用于粉末固體表面接觸角的測定,。

（一）量角法

液滴角度測量法是測量接觸角的方法之一,，如圖3（a，b）所示,。該方法是將固體表面上的液滴,，或?qū)⒔胍后w中的固體表面上形成的氣泡投影到屏幕上，然后直接測量切線與相界面的夾角,，直接測量接觸角的大小,。

圖3   量角法示意圖

如果液體蒸氣在固體表面發(fā)生吸附，影響固體的表面自由能,，則應把樣品放入帶有觀察窗的密封箱中，待體系達平衡后再進行測定,。此法的優(yōu)點是：樣品用量少,，儀器簡單，測量方便,。準確度一般在土1^o左右,。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的變形可以忽略不計,，這時的躺滴可認為是球形的一部分,，如圖4所示。接觸角可通過高度的測量按下式計算：

式中h是液滴高度,，d是滴底的直徑,。若液滴體積小于10^-4mL，此方法可用,。若接觸角小于90^o,，則液滴稍大亦可應用。

圖4  量高法示意圖

液滴在纖維上的接觸角也可用量角法測量,，把纖維水平拉直．置于樣品槽內(nèi),，然后投影到電腦屏幕，直接測定液滴與纖維表面的夾角,。如果液滴很小,，接觸角也可用量高法測量，通過式（8）來計算,。

實際固體表面幾乎都是非理想的,，或大或小總是會出現(xiàn)接觸角滯后現(xiàn)象．因此,，需同時測定前進角和后退角。對于躺滴法,，可用增減液滴體積的辦法來測定,。增加液滴體積時測出的是前進角，如圖5(a)所示,；減少液滴體積時為后退角,，如圖5(b)所示。

                  （a）前進角   （b）后退角

圖5   前進角和后退角的測定方法

為了避免增減液滴體積時可能引起液滴振動和變形,，在測定時可將改變液滴體積的毛細管插入液滴中,，插入液滴不影響接觸角的數(shù)值。

（三）儀器測量方法

1.接觸角多元化分析方式：全自動擬合法,，半自動擬合法,，手動水平測量，手動斜面測量,；

2.多元化軟件計算方法：圓環(huán)擬合法(40度以下),；橢圓擬合法(40-120度)；Young-Lapalacer擬合法(120度以上),；

3.精準的表面自由能計算：Fowks法,，OWRK法，ZismanPlot法,，EOS法（軟件中預裝部分液體數(shù)據(jù)庫,，可擴展）；

4.一鍵式軟件測量操作：【按空格鍵】--打開攝像頭,；【按1鍵】--精準的控制滴液,；【按2鍵】--高精度的進行全自動測量；

5.不規(guī)則產(chǎn)品測量拓展：凹凸面測量,，曲面測量,，滾動角測量,前進角后退角測量，高溫接觸角測量,；

6.高速拍照方式：單張/連續(xù)/錄像,；錄像任意電影單張導出；錄像視頻可自動快速測量,；

7.細致化數(shù)據(jù)庫管理：導出Excel表格數(shù)據(jù) word圖片數(shù)據(jù),；圖片文字顯而易見。