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名词科普|接触角是什么?

更新时间:2022-12-05      点击次数:3386
  接触角(contact angle)是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线,此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ,是润湿程度的量度。常见的测量接触角的仪器是接触角测量仪,它主要用于测量液体对固体的接触角,即液体对固体的浸润性。
 
  测量接触角的原理有影响分析法、插板法、白金板法、悬滴法等。
 

 


  1.影像分析法
 
  影像分析法是通过滴出一滴满足要求体积的液体于固体表面,通过影像分析技术,测量或计算出液体与固体表面的接触角值的简易方法。作为影像分析法的仪器,其基本组成部分不外乎光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统。简单的一个影像分析法可以不含图像采购系统,而通过镜头里的十字形校正线去直接相切于镜头里观察到的接触角得到。
 
  计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型,如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系,可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓,从而计算出其接触角。
 
  仪器是由光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统组成。
 
  2.插板法
 
  固体板插入液体时,只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处不出现弯曲。否则,液面将出现弯曲现象。因此,改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲,这时,板面与液面的夹角即为接触角。
 
  3.力测量法(Tensiometry)
 
  这种方法有时也被称为Wilhelmy板法测接触角,具体原理如下:将一个固体样品板浸入测试液体中,由于液体的表面张力以及固体的表面自由能的作用,称重传感器会感测到一个向下拉的力F(Wetting force)具体计算公式如下:
 
  F=γlgcosθP;
 
  其中:P代表板的周长。如果知道此时测得的力是多少,我们就可以看出接触角θ值。
 
  当然,以上没有考虑被测样品的浮力。如果提升或降低样品浸入的深度,就可以测得后退角/前进角的值了。
 
  4.透过测量法
 
  主要用于测量粉体接触角等的接触角测量仪。这种接触角测量仪的基本原理:
 
  在装有粉末的管中固体粒子间的间隙相当于一束毛细管。毛细作用使可润湿固体粉末表面的液体透入粉体柱中。由于毛细作用取决于液体的表面张力和对固体的接触角,故测定已知表面张力液体在粉末柱中的透过性可以提供液体对粉末的接触角的知识。

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