接(jie)觸(chu)角(jiao)的測(ce)量類型(xing)

接觸角(jiao)可(ke)以(yi)通過在固(gu)體上(shang)滴壹滴液(ye)體(ti)來測(ce)量。固(gu)液(ye)界(jie)面與(yu)液(ye)氣(qi)界(jie)面形(xing)成(cheng)的夾(jia)角(jiao)稱(cheng)為接(jie)觸(chu)角(jiao)。常(chang)用的測(ce)量方法是通過觀察液(ye)滴的輪(lun)廓(kuo)，二維(wei)測(ce)量固(gu)體與(yu)液(ye)滴輪(lun)廓(kuo)之間形成(cheng)的夾(jia)角(jiao)，其頂(ding)點(dian)在三相(xiang)線上(shang)，如(ru)下(xia)圖所示(shi)。

楊(yang)氏(shi)方程(cheng)用來(lai)描述(shu)內(nei)聚(ju)力(li)和(he)粘(zhan)附(fu)力(li)之(zhi)間(jian)的相(xiang)互(hu)作用，並測(ce)量表面能(neng)。

用接(jie)觸角(jiao)下(xia)降超(chao)過90°是疏(shu)水(shui)的。濕(shi)性(xing)差(cha)，粘(zhan)附(fu)性(xing)差，固(gu)體表面自由能(neng)低。接(jie)觸(chu)角(jiao)小(xiao)的液(ye)滴是親(qin)水(shui)的。這(zhe)種(zhong)情況反(fan)映(ying)了(le)較(jiao)好(hao)的潤(run)濕(shi)性(xing)、較(jiao)好(hao)的附(fu)著(zhe)力(li)和(he)較(jiao)高(gao)的表面能(neng)。

接觸角(jiao)測(ce)量類型(xing)

靜(jing)態(tai)接(jie)觸(chu)角(jiao)

這(zhe)可(ke)能(neng)是常(chang)見(jian)的測(ce)量方法。靜(jing)態(tai)固(gu)著點(dian)創(chuang)建(jian)後(hou)不久的壹(yi)次(ci)讀(du)取。當(dang)固(gu)相、液(ye)相(xiang)和(he)氣(qi)相(xiang)之(zhi)間達(da)到熱(re)力(li)學平(ping)衡時，就(jiu)獲(huo)得(de)了壹(yi)個靜(jing)態(tai)接(jie)觸(chu)角(jiao)。

靜(jing)態(tai)接(jie)觸(chu)角(jiao)提(ti)供(gong)了有關(guan)表面特(te)性的寶(bao)貴(gui)信息(xi)。

接觸角(jiao)常(chang)用於(yu)測(ce)量清潔(jie)度。有機汙(wu)染物會(hui)阻止(zhi)濕(shi)潤(run)，導(dao)致(zhi)親水表面的接(jie)觸(chu)角(jiao)增大。當表面經(jing)過清洗和(he)處(chu)理(li)以(yi)去除汙染(ran)物時，接(jie)觸(chu)角(jiao)通常(chang)會(hui)隨(sui)著(zhe)潤(run)濕(shi)性(xing)的改(gai)善(shan)和(he)表面能(neng)量的增加而減小(xiao)。

例如(ru),半(ban)導(dao)體制造的接(jie)觸(chu)角(jiao)是(shi)經(jing)常(chang)用來(lai)描述(shu)矽片(pian)的潤(run)濕(shi)性(xing),以(yi)描述(shu)生產(chan)過程(cheng)的效(xiao)果和(he)表面蝕(shi)刻等(deng)修改(gai),鈍化(hua),超(chao)聲波攪(jiao)拌,和(he)其他表面處(chu)理(li)和(he)清洗過程(cheng),以(yi)及量化樹(shu)脂(zhi)的影(ying)響,引物,氧(yang)化,焊(han)接、退(tui)火、拋(pao)光。

表面粗(cu)糙度(du)也(ye)會(hui)影(ying)響靜(jing)態(tai)接(jie)觸(chu)角(jiao)。

在液(ye)滴上運(yun)動(dong)的任(ren)何接(jie)觸(chu)角(jiao)都(dou)被認(ren)為是(shi)動(dong)態接(jie)觸(chu)角(jiao)測(ce)量。這(zhe)些(xie)包(bao)括但(dan)不限於(yu)傾斜(xie)平板(ban)接觸角(jiao)的測(ce)量、增減體積以(yi)及與時間(jian)有關(guan)的研(yan)究(jiu)。

傾斜(xie)板法

傾斜(xie)板的方法抓(zhua)住了接觸(chu)角(jiao)測(ce)量在左右液(ye)滴在固(gu)體表面的傾向通常(chang)從(cong)0°- 90°。當(dang)表面傾斜(xie)時，重力(li)使(shi)下(xia)坡(po)面的接(jie)觸(chu)角(jiao)增大，上坡(po)面的接(jie)觸(chu)角(jiao)減小(xiao)。這(zhe)些(xie)接(jie)觸角(jiao)分(fen)別(bie)稱為前(qian)進(jin)角(jiao)和(he)後(hou)退(tui)角(jiao)。它們之間(jian)的區(qu)別(bie)是接觸(chu)角(jiao)滯(zhi)後。在某(mou)些情況下，液(ye)滴會(hui)從固(gu)體上(shang)滾(gun)落(luo)下來，因為在滾(gun)落(luo)角(jiao)處(chu)發(fa)生(sheng)了(le)潤(run)濕(shi)。後(hou)的有效(xiao)讀(du)數被(bei)捕獲(huo)，通常(chang)表示(shi)前(qian)進(jin)和(he)後(hou)退(tui)的接(jie)觸(chu)角(jiao)。在某(mou)些情況下,固(gu)體可(ke)以(yi)傾斜(xie)到90°沒(mei)有釋放(fang)。後(hou)使(shi)用左(zuo)右接觸(chu)角(jiao)。下(xia)圖顯示(shi)了(le)固(gu)體傾斜(xie)時的固(gu)著液(ye)滴。

增減體(ti)積法

還有其他方法來捕(bu)捉(zhuo)前(qian)進(jin)和(he)後(hou)退(tui)的接(jie)觸(chu)角(jiao)。壹(yi)項(xiang)研(yan)究(jiu)要(yao)求在不增加三相(xiang)線的情況下，將體積(ji)動(dong)態地增加到允(yun)許的大體積(ji)。由(you)此產(chan)生的大可能(neng)接觸(chu)角(jiao)稱(cheng)為前(qian)進(jin)角(jiao)。然(ran)後從(cong)下降中移(yi)除卷(juan)。當(dang)在不減少(shao)三相線的情況下，達(da)到可(ke)以(yi)去除的大體積(ji)時(shi)，測(ce)量出產(chan)生的接(jie)觸(chu)角(jiao)。這(zhe)個(ge)角(jiao)度(du)就(jiu)是(shi)後(hou)退角(jiao)。當(dang)後(hou)退(tui)角(jiao)從(cong)前(qian)進(jin)角(jiao)減去(qu)時，結果稱為接(jie)觸(chu)角(jiao)滯(zhi)後。這(zhe)種(zhong)遲滯(zhi)現象(xiang)表征了(le)表面的拓撲結(jie)構，有助於(yu)量化汙(wu)染(ran)、表面化(hua)學異(yi)質性以(yi)及表面處(chu)理(li)、表面活性(xing)劑和(he)其他溶(rong)質(zhi)的影(ying)響。該(gai)方法對確(que)定推(tui)進角(jiao)有較(jiao)好(hao)的效(xiao)果。然(ran)而，用這(zhe)種(zhong)方法很難(nan)捕(bu)捉到接(jie)觸(chu)角(jiao)的後(hou)退(tui)，因為針(zhen)必(bi)須(xu)嵌(qian)入(ru)液(ye)滴中才(cai)能(neng)去除體積(ji)，這(zhe)也(ye)幹(gan)擾了液(ye)滴輪(lun)廓(kuo)的幾(ji)何(he)形狀。另(ling)壹種(zhong)捕(bu)獲(huo)後(hou)退(tui)接(jie)觸(chu)角(jiao)的方法是蒸(zheng)發(fa)法。當體(ti)積(ji)蒸發(fa)時(shi)，反(fan)復測(ce)量水滴。在除濕(shi)和(he)隨(sui)後(hou)減少(shao)三相線之前(qian)，測(ce)量了後(hou)退(tui)接(jie)觸角(jiao)。

隨(sui)時(shi)間(jian)變(bian)化的動(dong)態研(yan)究(jiu)

研(yan)究(jiu)人員(yuan)經常(chang)會(hui)觀察(cha)接觸(chu)角(jiao)隨(sui)時(shi)間(jian)的變(bian)化(hua)，以(yi)研(yan)究(jiu)吸收(shou)、蒸(zheng)發(fa)和(he)更(geng)奇(qi)怪(guai)的現(xian)象(xiang)的影(ying)響，例如(ru)Cassie到Wenzel過渡(du)態。其他隨(sui)時(shi)間(jian)變(bian)化的研(yan)究(jiu)跟(gen)蹤(zong)接(jie)觸角(jiao)隨(sui)時(shi)間(jian)的變(bian)化(hua)，因為環境因素(su)(如(ru)溫(wen)度(du)和(he)濕(shi)度(du))的變(bian)化(hua)。在某(mou)些情況下，通過添加或(huo)降低表面張(zhang)力(li)的添(tian)加劑來改(gai)變(bian)滴度。

近年來(lai)，為了(le)更(geng)好(hao)地理(li)解(jie)超(chao)疏(shu)水(shui)性，許多研(yan)究(jiu)者壹直(zhi)在探索(suo)Cassie和(he)Wenzel態(tai)。簡(jian)而言(yan)之，在Cassie狀態下(xia)，壹滴落在凹凸(tu)不平的頂(ding)部，在滴下有空隙(xi)，如(ru)下(xia)圖所示(shi)。接(jie)觸(chu)液(ye)滴的表面積(ji)百(bai)分(fen)比用來(lai)定義(yi)表觀(或(huo)測(ce)量)接觸(chu)角(jiao)。在Wenzel狀態下(xia)，液(ye)滴填充(chong)了(le)液(ye)滴下的所(suo)有區(qu)域(yu)，並根(gen)據粗(cu)糙(cao)度(du)計(ji)算(suan)了表面接(jie)觸角(jiao)。

Wilhelmy平板法

壹種(zhong)測(ce)量接觸(chu)角(jiao)的替(ti)代(dai)方法包括(kuo)將(jiang)壹個(ge)板(ban)降到測(ce)試液(ye)中(zhong)，然(ran)後將(jiang)其移(yi)除；在此過程(cheng)中，測(ce)量板上(shang)的力(li)。該(gai)方法比無梗滴法復雜，需要大量的液(ye)體(ti)，不確(que)定非(fei)均(jun)勻(yun)性(xing)，要(yao)求固(gu)體樣(yang)品制作到的尺(chi)寸和(he)兩(liang)個相(xiang)同的表面。它還需要壹個(ge)更(geng)加的測(ce)量儀器。