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什么是動態(tài)接觸角水滴角

發(fā)布時間:2023-10-18瀏覽次數(shù):812返回列表

楊氏方程中所預(yù)示的接觸角是假定固體表面平坦光滑、化學(xué)均勻、各相同性,固—液—?dú)馊噙_(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的接觸角,也稱之為靜態(tài)接觸角(Staic Contact Angle)θO,即固—液—?dú)馊嘟佑|線靜止未發(fā)生移動的接觸角。

但實際的固體表面在一定程度上可能存在粗糙不平、化學(xué)組成不均一,受污染等多種情況,這就使得實際接觸角并非如楊氏方程所預(yù)示的取值。而是在相對穩(wěn)定的兩個角度之間變化,這種現(xiàn)象被稱為接觸角滯后現(xiàn)象。上限為前進(jìn)接觸角(Advancing Contact Angle)θA,下限為后退接觸角(Receding Contact Angle)θR。通常定義,液—固界面取代氣—固界面后形成的接觸角叫前進(jìn)接觸角;而氣—固界面取代液—固界面形成的接觸角叫后退接觸角。一般情況下前進(jìn)角總是大于后退角,二者之差θA-θR=Δθ定義為接觸角滯后(Contact Angle Hysteresis)。

接觸角滯后的大小決定了液滴從固體表面滾落的難易程度,滯后越大表明液滴越不易從表面滾落。滾動角(Sliding Angle)能直觀的反映出接觸角滯后的大小。所謂滾動角是指一定體積的液滴從固體表面發(fā)生滾落時所需的小傾斜角度,用α表示。滾動角與前進(jìn)角和后退角之間的關(guān)系可由Furmidge公式給出:

m·g·sinα=γLGW(cosθR-cosθA)       (1)

(1)式中m為液滴的質(zhì)量,g為重力加速度,W為固—液接觸面的直徑,由此式可得出接觸角滯后越小,滾動角就越小。

在前進(jìn)角和后退角區(qū)間內(nèi),固—液—?dú)馊嘟佑|線是保持靜止的,此時應(yīng)為靜態(tài)接觸角;而當(dāng)出現(xiàn)前進(jìn)角或后退角時,三相接觸線開始發(fā)生移動,這種固—液—?dú)馊嘟佑|線發(fā)生移動的接觸角稱之為動態(tài)接觸角(Dynamic Contact Angle)θD。

前進(jìn)角通常反映的是表面能較低、與液體親和力弱的那部分固體表面區(qū)域的性質(zhì);后退角則完全相反。對于超疏水性材料,如果知道了前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及液滴的起始滾動角,就可以好的了解材料的表征;同樣在表面是傾斜的情況下,考察液體在表面的潤濕行為就必須分析動態(tài)接觸角才能好地反映實際情況。

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