实验八矿物润湿性的测定—接触角法文档
岩石润湿性的测定
式中，二一界面张力，mN/m' 2 —待测两相流体的密度，g/cm 3;中国石油大学油层物理实验报告实验日期：2014.9.24 成绩：班级：石工12-7班学号： 12021307姓名： 李东杰 教师： 张俨彬 同组者： 董希鹏 岩石润湿性测定实验一.实验目的1 •了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法; 2. 了解界面张力的测定原理及方法； 3. 加深对岩石润湿性、界面张力的认识。
二.实验原理1.光学投影法测定岩石润湿角 液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。
将待测矿物磨成光面，浸入油（或水）中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水（或油），直径约 1〜2mm 然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上， 将液滴放大、投影到屏幕 上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度 接触处的长度D,按下式计算接触角9: h 和它与岩石 0 tg 2 =2h D 式中， 9—润湿角，°;h —液滴高度，mm D —液滴和固体表面接触的弦长，mm 图1投影法润 湿角示意图 2.悬滴法测定液滴界面张力 悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力，测量范 围为 10-1 〜10-2 mN/m= 液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。
测量液滴的相关参数，利用下式计算界面张力：gdSn 二d snde图3 HARKE-SPCA 接触角测定仪四. 实验步骤1. 打开电源开关。
2. 顺时针旋转仪器后面的光源旋钮，看到光源亮度逐渐增强。
—两相待测试样的密度差， d e —实际液滴的最大水平直径, d sn —从液滴底部算起，高度为 g/cm 3; cm巴d 高度处液滴的直径，cm ； 10 eS n —液滴2d 高度处的直径与最大直径的比值；10 eH —液滴形态的修正值，由S n 查表得到。
11 1(a )烧杯中气泡或液滴形状图2悬滴法测界面张力示意图三.实验仪器(b )气泡或液滴放大图敬问「KCI 胡!｛偉头L.fV 台上下位左議緊#轮丄忡會忡啼杆. ___ 雋锻头圧右祥动锚的PK側连心躲賊 丄tv 台帀后调苜匸轮3 •打开接触角软件图标，开启视频。
接触角专业实验
量高法
4 wh arcsin 2 2 4h w
思考题
常用的接触角测量方法有哪几种？简述它们的
什么是润湿作 用？举例说明润湿作用的重要性。
原理。 经过piranha溶液处理后，玻片表面的润湿性会 发生何种变化，为什么? 试从基片的 表面组成以及晶格结构解释不同基 片接触角测定的差异性。 影响接触角测定的因素有哪些，本实验采用了 哪些措施以提高实验的精度？
实验目的：
1. 掌握摄影法测定接触角的原理和方 法； 2. 了解沾湿、浸湿和铺展三种润湿过 程； 3. 了解计算粘附功、粘附张力和铺展 系数的原理和方法。
实验原理
润湿是最常见的界面现象，它是指一流体取代 表面上另一流体。因此，润湿总是涉及三个相， 其中至少有二相是流体。大致有以下几种类型：
•一气体和两个不互溶（或部分互溶）液体； •两个不互溶（或部分互溶）液体与一固体； •三个不互溶的（或部分互溶）液系； •一气体、一液体与固体。
Cassie模型
cosθrc＝fscosθe+(1-fs)cos180°
＝fs（1+cosθe）－1
பைடு நூலகம்实验设备
JC2000A静滴接触角测定仪 洁净硅片 洁净玻璃片 表面经亲水处理的硅片——硅片采用
piranha 溶液 （70:30, v/v, 98% H2SO4/30%H2O2)处理 。 （当心piranha溶液）
γsg - γsl = γlgcosθ
式中θ 称为接触角，它是 自液/固界面经过液体到气/ 液界面的夹角。用接触角来 描述润湿程度是最为方便的 方法，通常认为θ = 0º 为 完全润湿， θ 为某一定值 是不完全润湿， θ = 180º 是完全不润湿。
接触角和润湿能力
接触⾓和润湿能⼒
接触⾓和润湿能⼒
在润湿⾓测量仪--测量液体对固体的润湿⾓中对润湿⾓分析仪的功能进⾏了介绍，
其实，物体粘合的好坏决定于浸润性，浸润得好，被粘物体和粘合剂分⼦之间紧密接触⽽发⽣吸附，则粘合界⾯形成了巨⼤分⼦间作⽤⼒，同时排除了粘合体表⾯吸附的⽓体，减少了粘合界⾯的空隙率，提⾼了粘合强度，因此⼈们常把浸润(润湿)性作为⼀个量度来预测和判别粘合效果。
液体对固体表⾯润湿程度可⽤接触⾓θ表⽰。
⽤接触⾓测定仪|接触⾓测量仪|接触⾓测试仪测定测定，它是在液滴、固体、⽓体接触的三相界⾯点，作液滴曲⾯的切线与固体表⾯的夹⾓。
可见，液体在固体表⾯上的接触⾓越⼩，润湿程度越好。
⽽润湿⾓的⼤⼩取决于它们的表⾯张⼒的⼤⼩。
液体处于静⽌状态，此时的接触⾓称为润湿⾓。
要想增加润湿程度，就应该减⼩θ或提⾼固⽓表⾯张⼒。
随着润湿程度的增加，θ⾓相应减⼩，当θ＝0时，即呈完全润湿。
这就是说，只有液体的表⾯张⼒⼩于固体的表⾯张⼒时，才有可能润湿；⽽表⾯张⼒⼤的物质不能润湿表⾯张⼒⼩的物质。
对于⾼分⼦材料⽽⾔，粘接功与润湿性关系很⼤，因此⼈们常⽤θ⾓的⼤⼩来度量润湿性和粘接强度。
粘接过程是很复杂的，仅从热⼒学理论分析还不够，还有⼀个动⼒学问题，即润湿速度，⽽润湿速度则与体系的表⾯粗糙度、粘度、分⼦量等因素有关。
为了得到良好的粘合，要求润湿速度⼤于粘合剂的固化速度。
另外，根据接触⾓原理，为增加粘合剂的润湿能⼒，可在其中加⼊适量表⾯活性剂，以降低其表⾯张⼒。
相关⽂章；⾃动接触⾓测定仪
接触⾓测试仪
全⾃动接触⾓测量仪。
接触角的测定实验报告之欧阳与创编
液■固界面接雜角的测畳察验扳告—、凳验目的1. 了解液体在固体表面的润湿辽程叹及接触角的含义坊应用。
2. 拿握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和 表面張力的方法。
二、凳验凍理润握是自然界和生产辽程中常兄的现象。
逋常将阖-乞界面 披阖■液界面所取代的过程秫为润握。
将液体滴在固体表面上， 由于牲质不同，有的会鋪展开来，有的则粘附在表面上廉为平 n 透镜状，达种现象秫为润湿乍用。
前肴秫为铺展润湿，后者 称为粘附润握。
如水滴在干净玻璃板上刁叹产主鋪展润湿。
如 慕液体不粘附而保持椭珠状，列秫为不润湿。
如汞滴彩玻璃板 上裁水滴對防水布上的情况。
此外，如窠是能狱液体润握的固 体宅全浸入液体M 中，则秫为浸握。
上连各种类型示于图1。
图1各种类燹的润湿当液体坊阖体接触后，体系:的目由能降低。
因此，液体在 固体上润湿程度的大小刁用达〜过程自田能降低的多少来衡 量。
在怛温懊压下，肖一液滴放置在固体平面上时，液滴能自 动也在固体表面铺展开来，茨叹与固体表面庆〜定接触角的液欧阳与创编 2021.03.08欧阳与创编 2021.03.08欧阳与创编 2021.03.08欧阳与创编2021.03.08滴存在，如图2所示。
图2接触角欧阳与创编2021.03.082021.03.08欧阳与创编创作：欧阳与面上处于平衡伍置时，达些界面张力在水平方向上的分力M和应茅于幕，达个平衡秃系:就是著名的Young方程，即ysc- ysL=yLG-cos<9(l) 武:中ysG, 7LG, ysL分列为固-乞・液■乞和固-液界面張力；&是在SK 毛、液三相交界处，自固体界面经液体內部彩乞液界面的夾角，称:为接触角，在0°・180°之间。
接触角是反应移质坊液体润湿牲耒菜的重要尺度。
在怛温幔压下，粘附润握.鋪展润湿过程发圭的热力学条件分列是：粘附润湿lVa=7SG-ySL+yLG>0(2) 铺展润湿S=ysG-ysL-yLG>0 (3) 武:中Wa, S分列为粘附润湿、铺展润握过程的粘附功、铺展系: 数。
接触角测量操作流程
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接触角是指液体与固体表面接触时，液体表面与固体表面之间的夹角。
物理实验技术中的材料润湿性能测试方法与实验技巧
物理实验技术中的材料润湿性能测试方法与实验技巧导论材料润湿性能是指液体在固体表面形成薄膜的能力。
润湿性能的测试对许多工业和科研领域都具有重要意义，例如制药、纳米技术等。
本文将介绍几种常用的材料润湿性能测试方法以及实验技巧。
一、接触角测量法接触角测量法是评价材料表面润湿性能最常用的方法之一。
接触角是液滴与固体表面接触时，液滴表面张力与固体表面相互作用力所形成的夹角。
接触角的大小反映了材料表面的润湿性能。
1. 实验步骤：（1）准备工作：清洗和干燥试样；（2）使用精密仪器测量液滴的接触角，如光学接触角测量仪或超高真空接触角测量仪；（3）测量时要保证试样表面干净、光滑，无污染物或氧化物；（4）测量液滴大小和形状对结果有影响，应注意控制液滴的体积和加液速度。
2. 结果分析：较小的接触角表示材料表面具有较好的润湿性能，液体能在其表面形成较大的接触面积。
较大的接触角表示材料表面对液体较不具有润湿性能，液体在其表面形成接触面积较小的珠状状态。
二、浸润深度测量法浸润深度测量法通过测量液体在固体纤维或孔隙中的渗透深度来评价材料的润湿性能。
该方法广泛应用于材料科学和化学领域。
1. 实验步骤：（1）准备工作：制备纤维或孔隙样品；（2）使用精密仪器将试样完全浸泡在液体中，保持一定时间；（3）取出试样，并用显微镜观察浸润深度；（4）根据试样的形状和液体的性质选择适当的计算公式计算浸润深度。
2. 结果分析：浸润深度的增加通常意味着材料表面的润湿性能较好。
而较小的浸润深度则说明材料的润湿性能不佳，表面对液体的浸润力较弱。
三、拉丝法拉丝法是用来评估固体表面与液体之间摩擦力的实验方法，其适用于润湿性能较强的材料。
1. 实验步骤：（1）准备工作：准备拉丝仪器、试样和润湿液体；（2）将试样固定在拉丝仪器上，并施加拉力；（3）在试样上滴加润湿液体，同时观察液滴在试样表面的形态变化；（4）根据液滴的形态变化情况，可以推测材料的润湿性能。
2. 结果分析：如果液滴稳定且能够在试样表面形成延展的薄膜，表示材料的润湿性能较好。
接触角
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。
特点若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好；若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动，不能进入毛细孔。
润湿过程与体系的界面张力有关。
一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）:γs,g = γs,l + γg,l×cosθ由它可以预测如下几种润湿情况：1）当θ=0，完全润湿；2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿；3）当θ=90°，是润湿与否的分界线；4）当θ﹥90°，不润湿；5）当θ=180°，完全不润湿。
测试方法接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法.外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。
Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。
如何测量表面活性剂的润湿性依据需要润湿的表面采用不同的方法: 一般织物表面的润湿, 采用国标方法中的棉布片法比较合适, 通过棉布片在表面活性剂溶液中不同的润湿时间来反映表面活性剂的润湿性能; 对于玻璃, 塑料或者金属等硬表面, 一般使用接触角仪器来测定接触角反映润湿性能, 接触角越小, 润湿性能越好.。
接触角测试
材料是人类生产和生活水平提高的物质基础，是人类文明的重要支柱和文明进步的重要里程碑。
材料科学的发展推动社会发展，而材料科学的进步又取决于社会生产力和科学技术的进步。
计算机作为一种先进的现代工具，在日常生活当中得到了越来越广泛的应用，计算机应用已广泛深入科学、技术、社会生活等各个领域。
当今世界，几乎所有专业都与计算机息息相关。
计算机在材料科学中应用也不断发展，其作用是明显的。
比如显微镜的计算机系统、计算机用于新材料的设计、材料加工当中的计算机自动化控制，等等这些先进手段大大方便材料科学研究。
许多大学的材料科学系早已经将《计算机在材料科学中的应用》列为学科基础课程。
接触角是材料表面润湿性能的重要参数之一。
通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息。
因此，接触角的测量在材料防护、医药、半导体、化妆品、生命科学、油墨工业及其他领域都有重要应用。
表面自由能及其极性色散力分量（非极性分量）是固体表面最基本的热力学性质之一。
诸多表面现象以及与表面性质有关的各向异性、润湿性、粘结性、吸附性等效应均与之密切相关。
接触角和表面能的测量和计算方法有多种，而且还在不断的发展完善，这些方法各有其使用范围和优缺点，没有一种技术能够测量所有固体表面的接触角。
在实际的操作中应该根据具体情况，选择适合的测量方法。
接触角数据应该与其他的表面分析技术相结合，今后将朝着高精确度、多功能化和在线分析的方向发展。
目前国内外对材料表面接触角的测量技术已经相当成熟。
复杂至大型的计算量大的精密测量软件，简单至基本代码写制的计算仪；贵至几十万，而便宜至简单的基本代码写制的测量软件，对各种先进的仪器测量的出的数据能够满足不同的接触角与表面能的测量和计算需求。
2 接触角与表面能2.1 理论背景液体与固体接触时的润湿情况有两种。
第一种情况，液体完全润湿固体表面，即液-气（l-g ）界面与固-液（s-l ）界面之间的接触角为0°；第二种情况，液体部分润湿固体表面，即液体在固体表面形成液滴，呈现非零接触角。
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实验八 矿物润湿性的测定—接触角法
一、实验目的
本实验包括矿物润湿接触角和溶液表面张力测定两部分内容。通过测定与计算，
了解和掌握：
(1)不同的矿物具有不同的天然可浮性；
(2)矿物表面的润湿性是可以调节的；
(3)从实验认识矿物表面润湿性与可浮性的关系，并通过调节来改变各种矿物表
面的润湿性；
(4)测定接触角和溶液表面张力的实验技术。
二、实验原理
1．润湿角测定原理
本实验测定方法是：分别在洁净的矿物磨光片表面和经过选矿剂处理的矿物磨光
片表面上滴上一个水滴，在固—液—气三相介面上，由于表面张力的作用，形成接
触角。然后用聚光灯通过显微镜在屏幕上放大成像，用量角器直接量得接触角的大
小。
2．溶液表面张力测定原理—最大气泡压力法
设毛细管的半径为r且毛细管刚好浸入液面，则气泡由毛细管中逸出时的最大附
加压力为：
(8－1)
(8－2)
式中Dh为U形压力计所显示的液柱高差；r为U形压力计内的液体密度；g为重
力加速度。对于直径一定的毛细管有：
(8－3)
该式是最大泡压法测定表面张力的基本关系式。式中K称为仪器常效。其值可
用已知表面张力的液体（如水）标定出。
三、实验仪器与药剂
1、润湿角测定仪（见图8-1）；
2、最大气泡压力法表面张力测定装置（见图8-2）；
3、样品：方铅矿（黄铜矿）和萤石矿磨光片；
4、药剂：丁黄药、油酸钠、NaOH等；
5、工具：各种玻璃器皿。
图8-1润湿角测定仪结构图
1-测微鼓轮，2-调焦手轮，3-测量显微镜，4-升降手轮，5-固定手轮，
6-底座，7-调平手轮，8-横向移动手轮，9-样品盒，10-照明光源，12-电源
图8-2最大气泡压力法测量表面张力装置图
1-毛细管；2-有支管的玻璃试管；内装溶液 2a ；支管2b与压力计及控压系统相
连；
3-恒定 2a 温度的水槽；4-双管压务计；5-滴水减压系统；6-体系压力调整夹子；
7-烧杯
四、实验步骤
1．润湿角测定步骤
(1)清洗矿样：将萤石、方铅矿（黄铜矿）的磨光片在2000号金相砂纸上擦干净
（抛光、去氧化膜）放入2-5％的NaOH溶液中煮沸2~5分钟，然后用蒸馏水冲洗
干净，置入存有蒸馏水的烧杯中待用；
(2)配药：取丁黄药和油酸钠分别配成浓度为 3克 ／升水溶液备用；
(3)矿物在纯水中接触角的测定：将净化后的光片用滤纸吸干其表面水份，放在
样品盒子上，接通电探11，调焦距2，找出矿物表面成像图。用注射器将水滴滴在
矿物光片表面上，再调整焦距，找出水滴的成像图，然后用测微鼓转调节，读出接
触角值，但要注意，测量时间不能超过一分钟；
(4)矿物经药剂作用后接触角的测定：将方铅矿和萤石矿光片，分别浸在已配好
的丁黄药和油酸钠水溶液中，1分钟后取出，用滤纸吸干矿片表面药剂溶液，再用
注射器滴一水滴在光片表面上，按(3)方法测定其接触角。
(5)将润湿接触角θ的值记入表8-1：
表8-1 润湿接触角θ测定记录
磨光片 方铅矿（黄铜矿） 萤石
条件
测定次
数
与药剂作用前 与药剂作用后 与药剂作用前 与药剂作用
后
1
2
3
平均
※方铅矿在纯水中接触角为47º，萤石在纯水中接触角为41º
2．溶液表面张力测定步骤
(1)仪器常数的标定：
将毛细管1和试管2用洗液及蒸馏水途净，要求玻璃上不挂水珠；在试管2中加
入少量蒸馏水。装好毛细管，使其尖端刚好与液面相接触；在滴水管5内装入清水，
缓缓打开其下部止水夹，使其慢慢滴水，由于系统内压力降低，压力计则显示出压
力差，毛细管1．便会逸出气泡；气泡形成时压力差增大，待增大至气泡的曲率半
径与毛细管的半径相等时，压力差应为最大；此最大压力差即Dh，可由压力计测
量出。实验测量出Dh和温度，查出相应温度下纯水的表面张力 ，便可按式
8-3算出仪器常数K。
(2)待测溶液的测定
分别将实验开始前配制的丁黄药和油酸钠水溶液倒入试管2中，按照如前所述的
操作方法进行测量。每换一种溶液都必须将毛细管1和试管2清洗干净。利用已得
到的仪器常数，即可求出各待测溶液在实验温度下的表面张力。
实验过程温度要相对稳定，则仪器常数可认定为恒定。
将液－气界面张力值记入表8－2：
表8－2 液－气界面张力测定记录
T： ℃
条件 测定次数
h1 h2 Dh= h1- h2 γLG=KDh
蒸馏水
1
2
3
平均
丁黄药
1
2
3
平均
油酸钠
1
2
3
平均
五、数据处理
表8－3 润湿功与附着功的计算
γ
LG
＝ 达因/厘米
磨光片 条件
θ WSL=γLG(1+cosθ) WSG=γLG(1-cosθ)
方铅矿
与药剂作用
前
方铅矿
与药剂作用
后
萤石
与药剂作用
前
萤石
与药剂作用
后
六、思考题
1．为什么说润湿性接触角是度量矿物可浮性好坏的一个重要物理量？
2．通过实验简述矿物的可浮性是可以调节的。