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1、触角测量方法的发展进行阐述 ,着重于动态接触角的测量 。关键词 :接触角 ; Young方程 ;固液界面中图分类号 O657199 文献标识码 A 文章编号 : 1009 - 8143 ( 2006 ) 02 - 0047 - 02The deve lopm en t of m e thod s a bou t the m ea surem en t of con ta c t an g leZan g Hon gx ia( X ingta i U n ive rsity, H ebe i, 054001, Ch ina)A b stra c t: The deve lopm en t of
2、m e thod s abou t the m ea su rem en t of con tac t angle is rep re sen ted, and the m ea su rem en t of dy2 nam ic con tac t angle is m a in ly reviewed1Theo re tica l p roof and no rm a l m e thod s of con tac t angle a re d iscu ssed1A dd itiona lly, influen tia l fac to rs on con tac t angle and
3、 Young equa tion a re a lso inve stiga ted1Key word s: con tac t angle; Young equa tion; so lid - liqu id in te rface在一个水平放置的光滑固体表面上 ,滴一滴液体 。若液体不能铺展 ,将形成一个平衡液滴 ,平衡形状取决于固体表面能 、液体表面能以及固 - 液界面能间的平衡关系 。液 - 固界面水平线与气 - 液界面切线形成的相对夹角 ,称为接触角 1 。有较高的测量精度 ,接触角 通过下式计算 :co s = 1 - (h2 /2)m l - ghm 为液滴最 大 高 度 , 为
4、 重 力 加 速 度 ,为 液度 ,l - g为液体的表面张力 。113 粉体接触角的测量将粉体压成多孔粉末柱体 ,颗粒间隙视为等效半径为 r的一束毛细管柱 ,可润湿液体通细作用渗入粉体柱 ,在 t时间内渗入的高度 h与 三 个 界 面 张 力 之 间 的 关 系 称 为Young 方程 :- co ss - g s - l = g - l 3 其中 s - g 、s - l 、g - l分别为固界面张力 。1 常用测量方法通常接触角的测量基于- 气 、固- 液和液 - 气W a shbu rn方程描述:h2 = ctr ( co s /2)式中 、分别为液体的表面张力和粘度 , r为毛细管柱
5、的平均等效半径 , c为毛细管因子 。Young方程 ,必须满足r值无法直接测定 ,通常采用一已知表面张条件 : ( 1 ) 固 体 表 面 是 刚 性 的 、均 匀 的 、光 滑 的 。( 2 )固体表面是惰性的 ,没有膨胀和化学反应 。接触角是客观存在的 ,可采用多种方法进行测 量 ,大致可分为三类 :量角法 、测高法和测重法 。111 角度测量法最直观的方法就是根据定义测量接触角 , 直接观测固体表面上的平衡液滴或附着于固体表面上气泡的外形 ;观测者从三相交界点处 ,人为地作气液 界面切线 ,精确度较差 。112 液滴最大高度法液滴最大高度法是将液体滴在固体表面上形成液滴 ,不断增加液滴
6、量 ,当液体高度达一最大值 ,继 续增加液量 ,只会扩大固液界面面积 ,在均匀的固体表面上 ,将形成固定高度的圆形“液饼 ” 2 。该法具粘度 ,且 = 0 的液体 ,先测其 t - h 的关系 ,求粉体柱的 c r值 (即仪器常数 ) ,再测定某液体通 同粉体柱的 t - h关系 ,计算该液体在粉体上的角 。2 接触角测量方法的发展Young方程只适用于纯液体 , 对含表面活 的溶液或液体混合物不适用 ; 多数固体表面不 足 Young方程平衡条件 。211 纯液体接触角的测定采用固着液滴法测量接触角 ,不仅有人为误液滴直径变化也影响测量准确性 。 Ka toh 等 4 运用液体弯液面的几何
7、不稳定性测量固 - 液界触角 。收稿日期 : 2005 - 12 - 2作者简介 :臧红霞 ( 1970) ,女 ,讲师 ,从事精细化研究学品E - m a il: hongxiazang yahoo1com1cn采用 W ilhe lm y平板 ,粉体通过胶水粘附在板面上 ,以 5mm /m in的速度浸入待测液体 ,液体沿板面上升 。当毛细上升速度比平板位移速度快时 ,存在液体平衡 。从极细到极大的粉体颗粒 ,该测量法都能适用 。214 非理想表面的接触角轴对称液滴形 状 分析 剖面 图 依据 Young - L a2p lace方程 ,通过轴对称弯液面形状来测定液体流动界面张力和接触角
8、7 。轴对称液 滴形 状直 径 分析 法运 用 牛顿 迭代 算法 ,通过表面张力 、固着 液 滴直 径和 体 积计 算接 触图 1 圆柱体弯液面平衡示意图取一个圆柱体 (平板 )作为测试固体 ,水平放入 液体中 ,再慢慢提起来 ,在柱体下面两侧形成一对二 维弯液面 ,当柱体上升至某一临界高度时 ,两个弯液 面最窄的部分相互接触 ,弯液面破裂 。在临界高度 HB e r与接触角 之间存在一定关系 :HB e r = 2 sin (A /2 ) (A R ,其差值 (A - R ) 称 滞 后 接 触 角 。固 体 表 面 均 匀 度 、粗 糙 度 、憎水性 、含水量 、吸附杂质等都可能导致接触角
9、 滞后 ;物质的特性 、重力 、温度 、个人偏差等都有不同 程度的影响 。参 考 文 献 1 宋世谟 ,王正烈 ,李文斌 1 物理化学 (下册 ) M 1 北京 :高等教育出版社 , 1995: 145 - 1461 2 张世文 ,廉育英 1 憎水性与接触角的测量 J 1 现代计 量测试 , 1994 , 3: 36 - 411 3 艾德生 ,李庆丰 ,戴遐明 1 超 细白云石矿粉润湿接触 角 的测定 J 1岩矿测试 , 2001, 20 ( 2 ) : 97 - 991 4 K1Ka toh, Y1Tsao1A new m e thod fo r m ea su ring con tac t
10、 angle and liqu id su rface ten sion app lying de tachm en t of two - d i2 m en siona l m en iscu s J 1Jou rna l of co llo id and in te rface sc i2 ence, 1998, 202: 54 - 621 5 D1Y1Kwok, C1J1B ubziak1M ea su rem en ts of sta tic and low ra te dynam ic con tac t angle s by m ean s of an au tom a ted c
11、ap 2 illa ry rise techn ique J 1N eum ann1Jou rna l of co llo id and in te rface sc ience11995 , 173: 143 - 1501 6 F1C ivan1Mode l fo r in te rp re ta tion and co rre la tion of con tac t angle m ea su rem en ts J 1Jou rna l of co llo id and in te rface sc ience11997, 192: 500 - 5021图 2 毛 细 上 升 法 测
12、定 纯 液 体 接 触角 ( 90)Kwok等利用自动毛细上升法 ,测量纯液体的静 态或低速动力学接触角 5 。取一块宽度较大平板 ,垂直浸入液体中 ,平板两 边分别附有两根直径为 50m 的铂丝 ,测量铂丝顶部及其液面下的映像位置 ,通过仪器进行分析和处 理 ,测得接触角 ,该方法适用于 90 的情况 。212 含表面活性物质的液体Englande r 6 研 究空 气 中湿 玻璃 表面 的 脱 水 问题 ,提供了一种数据关联方法 :co s = mn + a其中 - 被去除物质的表面吸附率 , m、n、a - 经验确定系数 。213 粉体的动态接触角在粉体的加工过程中 ,通常要测量粉体的动态D1Y1Kwok, A1W 1N eum ann1Con tac t angle m ea su rem en t and con tac t angle in te rp re ta tion J 1A dvance s in Co llo id and In te rface Sc ience, 1999 , 81: 167 - 2491 7
