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固體表面的屬性是決定接觸角大小的因素
發(fā)布時(shí)間：2024-03-21 點(diǎn)擊次數(shù)：975
固體表面的表面自由能及其分子作用力的本質(zhì)，如極性和非極性作用力的組份，可以認(rèn)為固體表面的表面自由能是由其分子作用力的大小和本質(zhì)以及分子在表面的排列、結(jié)構(gòu)所決定的。對(duì)于一給定的固體表面，其表面自由能數(shù)值也應(yīng)是給定的。但固體表面與液體表面不同，后者幾乎瞬間可以達(dá)到平衡，而固體表面由于分子的運(yùn)動(dòng)受到限制，在現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到真正意義上的平衡態(tài)。固體表面隨著時(shí)間的松弛，從理論上講，也會(huì)影響接觸角的數(shù)值。
固體表面的其它屬性。除了上面提到的分子作用力的本質(zhì)，一些其它的物理、化學(xué)屬性也會(huì)影響接觸角的大小。它們包括：固體表面的平整、光滑性，或者用表面的粗糙度來(lái)衡量。粗糙度可以是無(wú)序的表面凸、凹的分布，也可以是確定的、非常有序的、規(guī)則的微結(jié)構(gòu)分布，這些特征的尺寸可以是微米或納米數(shù)量級(jí)的。
表面的粗糙度將會(huì)對(duì)液體在固體表面的表觀接觸角產(chǎn)生影響。表觀接觸角是指通過(guò)一般的（宏觀）接觸角測(cè)量技術(shù)測(cè)得的接觸角數(shù)值。表觀接觸角的大小在很大程度上受到液滴與固體表面形成的三相接觸線/周邊的影響：如果表面是非常平整的、光滑的，那么三相接觸線在鋪展過(guò)程中不會(huì)遇到任何阻滯，液滴最終將達(dá)到其相應(yīng)的熱力學(xué)平衡態(tài)，呈現(xiàn)的接觸角也只由液體和固體表面的分子作用力的本質(zhì)所決定，這樣的接觸角也稱為楊氏接觸角。楊氏接觸角只與液體的表面張力γl-g，固體表面的表面自由能γs-g和固體表面與液體接觸形成的固-液界面的界面張力γs-l有關(guān)。
如果固體表面呈現(xiàn)出尺寸足夠大的粗糙度，三相接觸線在鋪展過(guò)程中就會(huì)遇到粗糙結(jié)構(gòu)的阻滯，使其無(wú)法總是跨越障礙，達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)。在這種情況下，液滴在固體表面形成的表觀接觸角就不再是一恒定值，而是可在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，具體的數(shù)值大小取決于液滴的三相接觸線形成的方式和經(jīng)歷，這一現(xiàn)象被稱為接觸角的滯后效應(yīng)。對(duì)于這樣的固體表面，只測(cè)量一個(gè)接觸角的值并不能完整地描述其潤(rùn)濕行為，而應(yīng)該通過(guò)測(cè)量前進(jìn)接觸角、后退接觸角和滾動(dòng)角來(lái)表征。
