接触角测定仪 接触角测量仪:方法和应用-晟鼎精密仪器

接触角是指液体/气体界面形状的切线与固体表面(包括液相侧)在液体与固体表面接触的点(3PCP)之间的角度(图-1,-2)。这个角度的值标志着液体在固体表面的润湿性:当润湿性非常好的时候,液体可以在固体表面完全铺开,表现为接触角值为0;当润湿性很差时,液体根本无法在固体表面铺展,只能聚集成团,呈现180°的接触角;当润湿性介于好和差之间时,液体可以在固体表面上有限地散开,形成0°和180°之间的接触角。这个有限的接触角值是系统内不同相互作用力的平衡,也是系统趋于能量最低的结果。涉及的相互作用力包括:
1.液体本身的表面张力:这个值越大,液体越容易聚集成团,而不是在固体表面铺展;
2.固体本身的表面张力或表面(自由)能量:这个值越大,固体表面的能级越高,越希望能有一个能量较低的液体层铺在上面覆盖,从而降低系统的能量;
3.液/固表面与界面的相互作用力:该值越小,固体表面对液体的吸引力越大,液体越能在其上铺展,导致接触角值越低。
所以,如果希望液体能够较好地润湿固体表面:液体的表面张力值越低、固体的表面能值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利。反之,如果希望液体最好不要润湿固体表面:液体的表面张力值越高、固体的表面能值越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。如果假设液体的表面张力值是已知的(这一值可以直接测量,所以比较容易准确获得);如果再假设,存在某一确定的依赖关系,如那么接触角的值Θ,与这些相互作用力之间的关系,可以表达为:,也就是说,接触角的值与液体表面张力和固体表面能有关(上式中的 f所以,如果我们想让液体很好地润湿固体表面,液体的表面张力值越低,固体的表面能值越高,液/固表面与界面的相互作用力越强越好。反之,如果要液体,最好不要润湿固体表面:液体的表面张力值越高,固体的表面能值越低,液/固表面与界面的相互作用力越弱,越有可能。如果假设液体的表面张力值已知(这个值可以直接测量,所以很容易准确获得);如果我们假设有某种依赖关系,比如说接触角的值与液体的表面张力和固体的表面能有关(上式中的f
【接触角测定仪 接触角测量仪:方法和应用-晟鼎精密仪器】f、g和h都代表某些函数/依赖关系)。前者给定时,其值与固体表面能直接相关。因此,用于测量的液体也称为探针液体。通过测量其在固体表面的接触角,可以用来检测固体表面的表面能值,即固体表面的润湿性,这是接触角测量的应用基础。
目前常用的接触角测量方法有两种:基于称重的修正威廉姆平板法和基于液体弯月面形状分析的光学法。前者是间接法,后者是直接法。
这里Y为液体的表面张力(待测量),为液体润湿金属薄板的总周长(可以通过测量已知表面张力的液体确定或直接通过对薄板几何尺寸的测量经计算获得),Θ是液体在薄板表面的接触角值。测量时,假设接触角值为零,可以通过获得的F值由上式计算出Y值。修正的威廉姆平板法这种方法是从传统的测量液体表面张力的威廉姆平板法发展而来的,所以称之为修正的。传统的Wilhemy Plate法是用来测量液体的表面张力的:当一个规则的金属片/薄板经过表面粗糙化处理后被拉伸到液相时,受到液体表面张力所施加的力F(见图-3)的作用,这个力可以通过称重来确定。这里y是液体(待测)的表面张力,被液体润湿的金属片的总周长(可以通过测量已知表面张力的液体来确定,也可以通过测量片的几何尺寸直接计算),θ是液体在片表面的接触角值。测量时,假设接触角值为零,可以通过上述公式由得到的f值计算出y值。

推荐阅读