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名詞科普|接觸角是什么?

更新時間:2021-12-05      點擊次數:3576
  接觸角(contact angle)是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線,此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ,是潤濕程度的量度。常見的測量接觸角的儀器是接觸角測量儀,它主要用于測量液體對固體的接觸角,即液體對固體的浸潤性。
 
  測量接觸角的原理有影響分析法、插板法、白金板法、懸滴法等。
 

 


  1.影像分析法
 
  影像分析法是通過滴出一滴滿足要求體積的液體于固體表面,通過影像分析技術,測量或計算出液體與固體表面的接觸角值的簡易方法。作為影像分析法的儀器,其基本組成部分不外乎光源、樣品臺、鏡頭、圖像采集系統、進樣系統。簡單的一個影像分析法可以不含圖像采購系統,而通過鏡頭里的十字形校正線去直接相切于鏡頭里觀察到的接觸角得到。
 
  計算接觸角的方法通常基于一特定的數學模型,如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測量特定的參數如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關系,可用來準確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓,從而計算出其接觸角。
 
  儀器是由光源、樣品臺、鏡頭、圖像采集系統、進樣系統組成。
 
  2.插板法
 
  固體板插入液體時,只有板面與液體的夾角恰好為接觸角時液面才直平伸至三相交界處不出現彎曲。否則,液面將出現彎曲現象。因此,改變板的插入角度直至液面三相交界處附近無彎曲,這時,板面與液面的夾角即為接觸角。
 
  3.力測量法(Tensiometry)
 
  這種方法有時也被稱為Wilhelmy板法測接觸角,具體原理如下:將一個固體樣品板浸入測試液體中,由于液體的表面張力以及固體的表面自由能的作用,稱重傳感器會感測到一個向下拉的力F(Wetting force)具體計算公式如下:
 
  F=γlgcosθP;
 
  其中:P代表板的周長。如果知道此時測得的力是多少,我們就可以看出接觸角θ值。
 
  當然,以上沒有考慮被測樣品的浮力。如果提升或降低樣品浸入的深度,就可以測得后退角/前進角的值了。
 
  4.透過測量法
 
  主要用于測量粉體接觸角等的接觸角測量儀。這種接觸角測量儀的基本原理:
 
  在裝有粉末的管中固體粒子間的間隙相當于一束毛細管。毛細作用使可潤濕固體粉末表面的液體透入粉體柱中。由于毛細作用取決于液體的表面張力和對固體的接觸角,故測定已知表面張力液體在粉末柱中的透過性可以提供液體對粉末的接觸角的知識。

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