纳观接触角的确定方法
接触角测量方法
接触角测量方法
嘿，朋友们！今天咱来聊聊接触角测量方法。
这玩意儿啊，就像是一把神奇的钥匙，能打开好多未知世界的大门呢！
你看啊，接触角，它可重要啦！就好像我们交朋友，得先了解对方的脾气性格一样。
接触角能告诉我们液体和固体表面之间的关系，这关系可复杂着呢，就跟人际关系似的。
那怎么测量这个神奇的接触角呢？这就有很多门道啦！首先得有个好的测量仪器吧，就像战士得有把趁手的兵器。
然后呢，操作的时候可得细心，不能马虎。
这可不是闹着玩的，要是不小心弄错了，那得出的结果不就不靠谱啦！
比如说，你在测量的时候，得注意液体滴在固体表面上的状态，不能滴歪了呀，那多滑稽！这就好比投篮，得瞄准了才能投进去嘛。
而且啊，不同的液体和固体组合，接触角可都不一样哦，就像不同的人搭配在一起会有不同的化学反应一样。
还有哦，测量环境也很重要呢！温度啦、湿度啦，这些都可能影响接触角的大小。
这就跟人一样，在不同的环境下表现也可能不一样。
咱可不能忽视这些小细节呀！
你想想，如果我们能准确地测量出接触角，那能解决多少问题呀！比如在材料科学领域，能帮助我们选择更合适的材料；在化学工业中，能让我们更好地控制反应过程。
这多厉害呀！
那要是测量不准确会怎么样呢？哎呀，那可就麻烦啦！就好像你走路方向错了，越走越远，到最后发现走错路了，多耽误事儿呀！所以说呀，一定要认真对待接触角测量这事儿。
总之呢，接触角测量方法可真是个宝，能让我们了解好多平时注意不到的东西。
我们可得好好掌握它，让它为我们服务。
大家说是不是呀！。
接触角测定方法有哪些？
光学接触角测量仪器（亦称水滴角测量仪）被广泛用于表界面研究的科研、开发和质量控制.可以帮助您轻松准确地表征您所需了解的表面情况，从而节省您宝贵的时间和经费.从领先的研究到快速精准的质量控制，Attension光学接触角测量仪系列产品使这些应用简单可行.系列产品的多功能性，能满足您需要的所有产品特性.测定接触角的方法有多种，但可分为二类.一类是直接法、即直接测量接触角的大小;另一类是间接法、即通过其它物理量的测定以及该物理量与接触角之间的定量关系来计算出接触角的大小、常用测定物理量是长度及质量.第一类方法精度由测角器所決定;第二类则不但由测定长度或质量的仪器精度.而且还由它们间的定量关系式的准确度所決定.1、长度测量法.直接法测口往往要先确定切线的位置，要做到准确就比较困难.采用长度测量法便能避免之.例如将液滴滴在固体表面上并拍下照片，只要测定液摘与平面接触面的半径和其高度.2、直接测量法.这是广泛使用的方法，它是将液滴所成的角即为接触角.用测角器读取的方法可得到精度为土1度.3、重量测量法.它是利用测定表面张力的平板法来，上述都是测量固体平面值的方法，对于固体粉末，先将固体粉末压制成一多孔塞，测定将液体压入〔不润湿固体粉未)或者压出(润湿固体粉末)所需的压力，就可计算出拒水织物作为功能纺织品的一个大类，在日常生活中的应用越来越多，因而进一步提高对其拒水性能检测的准确性、重现性和快速性变得尤其重要.采用接触角表征织物拒水性能更准确，在液滴接触角测量方法中，常用的是量高法和量角法.实际测试中发现，这2种方法測量的结果有比较大的误差，但产生误差的原因至今不详.接触角测量时需注意什么？1、液滴量在2-5微升之间，大多会受重力影响导致水滴变形，太少液滴无法滴落下来，导致不能接液进行测试.2、光源明暗度需根据实际操作情况调节，太亮会导致液滴外轮廓不清晰，太暗则导致液滴变大或才周围太多黑点，影响测试数据的准确性.3、基线位置，原则上是自动找出基线进行测试.特殊情况无法识别出基线的，需要操作人员手动找寻基线.4、任何一台仪器都不是完美的，只能大限度的保证测试数据接触真实的角度，仪器本身的能力和测量的方法都会影响接触角数据，特别是疏水和亲水性强的材料测试数据.。
接触角的测定
實驗流程
• 利用”樣品台高度調整鈕”，調整樣品台的位 置並利用”焦距調整鈕”，調整焦距，使固體 樣品清晰出現在顯示螢幕上。(見下圖)。
實驗流程
• 分別利用兩個”針筒位置調整鈕”，調整分配 器之水平及垂直位置，使針頭位於顯示螢幕之 水平中心點及第2格處(由螢幕上方開始數)，固 定針頭。(見下圖)
實驗流程
接觸角儀
接觸角儀原理 儀器設備簡介
實驗範例 實驗影片
儀器原理
•表面現象如潤濕與吸附在應用科學與技術是十分
重要之項目，這些數據可以用於改善與強化油漆 與紡織之排水性以及生物材料之互溶性。另外對
於表面型態學及高真空技術，多半用顯微鏡與分
子光譜去研究，雖能提供極重要之協助，當方法
逐漸變得更精細，儀器變得更貴時，接觸角儀似
實驗數據
• 以不同固體樣品上的接觸角對 C作圖。
•
將所得接觸角圖形與表面張力作對照比較。
實驗影片
Reference
• Principles of Instrumental Analysis, 5th, SKOOG • /MD_CA_tw.html
更換其他濃度之待測溶液(SDS)，重複步驟2-5，獲得溶液 在不同固體樣品上之接觸角。
實驗流程
• 打開接觸角儀電源開關。(見下圖)
實驗流程
• 將針頭插入液體樣品(水)中，緩慢地將液體抽至針 筒裏。
•
將針頭朝上，擠壓活塞將針筒中的空氣擠出。(注
意：必須完全去除針筒中的空氣，否則液滴分配器 因空氣壓力而不易控制)
• •
將液滴分配器之微米頭(microhead)退至刻度約為 14-15格處。 將針筒垂直裝入微米頭中並保持針頭朝上以防空氣 跑入，再蓋上調節體並將之裝入固定座中。
目前接触角的测定方法主要是哪几种？
接触角是指在气、液、固三相交点处所做的气-液界面的切线，切线在液体一方的与固-液交接线之间的夹角，是润湿程度的量度.现如今已经广泛应用于石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂等各个领域.在这种广泛应用的情况下，接触角的测定方法的了解就显得十分有必要了.接下来将会对接触角测定方法做一个简单介绍.Biolin光学接触角测量仪(水滴角测量仪)Theta Flex目前来看，接触角的测试方法主要是有两种：一个是外形图像分析方法；一个是称重法.称重法通常还被称为润湿天平、渗透法接触角测定方法.但是目前来看停用相对广泛、测值更为直接准确的是外形图像分析法.外形图像分析法的原理主要是将液滴滴到固体表面，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.其中涉及到的计算方法主要是基于某数学模型如液滴可视为球或圆锥的一部分，通过测定相关参数直接拟合计算接触角值.Young-Laplace方程描述了封闭界面的内外压力差与界面曲率和张力的关系，可以用来准确描述轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出接触角.了解了接触角的测定方法，在测定中就基本没问题了吗？也不是，大家再一起来了解一下影响接触角测试结果的几个因素：平衡时间、温度.一、平衡时间当体系未达平衡时候，接触角会发生变化，此时的接触角称为动态接触角.动态接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义.二、温度对于温度变化较大的体系，由于表面张力的变化，接触角也会发生变化.以上两种，平衡时间的影响一般是单方向的，但温度的变化可能会造成升高或者降低.接触角的测定方法是接触角测量过程中要明确的内容，不管你是处在哪个行业的，只要涉及到接触角测量，就会用到接触角测定仪，也就需要接触角测定方法的理解.本文对这些内容做了简单的介绍，希望能给大家提供一些方便.。
接触角前进角和后退角测试方法
接触角前进角和后退角测试方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊接触角前进角和后退角测试方法。
这玩意儿可有意思啦，就好像是探索一个神秘世界的钥匙。
你看啊，接触角，它就像是个小精灵，能告诉我们很多关于液体和固体表面之间的故事呢。
那前进角和后退角呢，就像是小精灵的两个不同状态。
想象一下，我们把一滴液体放在一个固体表面上，这时候接触角就出现啦。
那怎么去测试这个神奇的角度呢？这可得有点小技巧咯。
一般来说，我们会用专门的仪器来测量。
这仪器就像是我们的秘密武器，能精准地捕捉到那个小小的角度。
比如说，我们可以通过光学的方法，让光线来帮忙，看清楚这个角度的大小。
测试前进角的时候呢，就好像看着液体一点点地往前跑，然后在某个瞬间停住，那个角度就是前进角啦。
这就好比是一场小小的赛跑，液体努力地向前冲，最后到达一个位置。
而测试后退角呢，又像是液体在慢慢往后退，像是有点舍不得离开那个固体表面一样。
这感觉是不是很奇妙？咱再说说在实际中的应用吧。
比如说在材料科学里，了解接触角的大小可以帮助我们知道材料的润湿性能好不好。
如果接触角小，那说明液体很容易在上面铺开，就像是水在荷叶上和在玻璃上的区别一样。
在化学工业里，这也是很重要的哦。
它可以帮助我们判断反应的进行情况，是不是很厉害？在日常生活中，其实也能发现接触角的影子呢。
比如水滴在窗户上的形状，不就是接触角在起作用嘛。
哎呀，这接触角前进角和后退角测试方法真的是太有趣啦！它就像是一个隐藏在科学世界里的小宝藏，等着我们去挖掘。
通过了解它，我们能更好地理解这个世界，能让我们的生活变得更加丰富多彩。
所以啊，大家可别小瞧了这个小小的测试方法哦，它可是有着大大的用处呢！它能让我们看到平时看不到的东西，能让我们解开很多科学的谜团。
怎么样，是不是对它充满了好奇和兴趣呢？赶紧去探索一下吧！。
光学接触角测试原理
光学接触角测试原理光学接触角测试是一种常用的表面测量方法，该测试方法可用于研究不同材料之间的亲水性和疏水性。
在光学接触角测试中，主要通过测量液滴在不同材料表面上的展开角度来确定表面性质，其中，液滴与材料表面的接触点称为接触线。
本文将详细介绍光学接触角测试的原理及如何进行测试。
一、光学接触角测试原理在光学接触角测试中，通过测量液滴在固体材料表面上的展开角度，来评估材料表面的亲水性和疏水性。
展开角度是指液滴表面与材料表面之间的夹角，一般用静态接触角的方式来测量。
在测量实验中，液滴表面会存在表面张力的作用，该力作用使得液滴表面呈现出凸起状态。
表面张力的大小由液滴的组成物质和表面形态决定。
此外，液滴在材料表面上的展开角度是由液滴的表面张力和材料表面张力之间的平衡相互作用影响的。
当且仅当液滴表面张力和材料表面张力相等时，液滴才能在材料表面上形成平衡状态，此时的展开角度即为静态接触角。
反映材料表面性质的静态接触角可以通过透射率仪或接触角计来测量。
其中，接触角计是一种基于重力平衡原理的设备，通过调整倾斜平衡台的角度，使液滴与材料表面呈现出一个完整的圆形，从而测量液滴表面和材料表面之间的接触角度，从而得到静态接触角。
透射率仪则通过光学转换原理测量接触角度，该设备的原理更为复杂，需要更高的技术水平。
不过，无论采用何种设备进行测量，静态接触角都是表面测量的一项重要指标。
二、光学接触角测试方法光学接触角测试方法可用于研究不同材料的亲水性和疏水性，同时也可评估表面处理技术在改变固体表面性质方面的效果，以下是测量方法的具体步骤：1.准备试件和液体：首先准备需要测试的固体试件和液体，试件应保持干燥和清洁，液体应滴在试件表面上形成直径约在1-5毫米之间的液滴。
2.测量静态展开角：静态接触角可通过上述提到的接触角计或透射率仪进行测量。
3.记录测量数据：在测量完成后，应记录液滴的直径和形态，以及测量的静态接触角等数据。
通过比较不同材料的接触角度，可以得出材料间的亲水性和疏水性差异，从而评估材料的表面性质。
接触角测定国家标准
接触角测定国家标准接触角是指液体与固体表面接触时形成的夹角，它是描述液体在固体表面上的润湿性能的重要参数。
而接触角测定则是用来测量这一夹角的方法。
接触角的大小直接影响着液体在固体表面上的展开程度，对于润湿性、液滴形态、表面张力等性质都有着重要的影响。
因此，准确测定接触角对于研究表面性质、润湿性能以及材料科学具有重要意义。
在国际上，对于接触角的测定有着一系列的标准和规范，而在我国，也有相应的国家标准来规定接触角的测定方法和要求。
接触角测定国家标准的制定，是为了保证测定结果的准确性和可比性，为科研和工程应用提供可靠的数据支持。
在进行接触角测定时，必须要严格按照国家标准的要求来进行，以确保测定结果的准确性和可靠性。
国家标准对于接触角测定主要包括了测定方法、仪器设备、试样制备、测定步骤、数据处理等方面的要求。
首先，测定方法是关键的一环，国家标准明确了测定接触角的基本原理和方法，以及适用的范围和限制条件。
其次，仪器设备的选择和使用也是至关重要的，国家标准对于测定仪器的性能指标、校准要求等都有详细规定。
此外，试样的制备和处理也是影响测定结果的重要因素，国家标准对于试样的选择、处理方法、环境条件等都有着具体的要求。
在测定步骤和数据处理方面，国家标准也规定了详细的操作流程和数据处理方法，以确保测定结果的准确性和可靠性。
在实际的接触角测定过程中，严格遵守国家标准的要求是非常重要的。
只有在符合标准要求的条件下进行测定，才能得到准确可靠的测定结果。
因此，在进行接触角测定时，需要认真研读并遵守国家标准的相关规定，确保测定过程的准确性和可靠性。
总之，接触角测定国家标准的制定和执行，对于保证接触角测定结果的准确性和可比性具有重要意义。
只有严格遵守国家标准的要求，才能够保证测定结果的准确可靠，为科研和工程应用提供可靠的数据支持。
因此，我们在进行接触角测定时，务必要认真遵守国家标准的相关规定，以确保测定结果的准确性和可靠性。
接触角的测量方法
接触角的测量方法接触角是指液体与固体表面接触时形成的夹角，它是表征固液界面性质的重要物理量。
接触角的大小直接影响着液体在固体表面的润湿性能，对于很多工程和科学领域都具有重要意义。
因此，准确测量接触角是非常重要的。
本文将介绍几种常用的接触角测量方法。
一、直接测量法。
直接测量法是最简单直接的接触角测量方法。
它通过观察液滴在固体表面的形态来确定接触角的大小。
在实验中，通常会使用一支精密的仪器，如接触角测量仪，来进行测量。
通过仪器的观测和数据记录，可以得到较为准确的接触角数值。
二、间接测量法。
间接测量法是通过测量其他物理量来间接计算出接触角的大小。
常见的间接测量方法包括测量液体在固体表面的张力、接触线长度等物理量，然后利用相关的公式计算出接触角。
这种方法不需要直接观察液滴形态，适用于一些特殊情况下的接触角测量。
三、动态测量法。
动态测量法是利用液滴在固体表面的运动过程来测量接触角。
通过观察液滴在固体表面的移动速度、形态变化等信息，可以得到接触角的大小。
这种方法相对于静态测量法更加直观，能够提供更多的信息，适用于一些复杂的接触角测量场景。
四、光学测量法。
光学测量法是利用光学原理来测量接触角的方法。
通过测量液滴在固体表面的反射、折射等光学特性，可以间接计算出接触角的大小。
这种方法需要借助一些高精度的光学仪器，如接触角显微镜，能够提供较为精确的接触角测量结果。
综上所述，接触角的测量方法有多种多样，每种方法都有其适用的场景和特点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的测量方法，并结合实际操作经验，以确保获得准确可靠的接触角测量结果。
希望本文介绍的接触角测量方法能够对相关研究和实践工作提供一定的参考和帮助。
纳观接触角的确定方法
纳观接触角的确定方法
纳观接触角是指液体或固体表面与平面的交界面处的角度。
它是用来表示表面能够接触液体或气体的程度的物理量。
纳观接触角的大小可以用来衡量材料的表面粗糙度和疏水性，这对于分离和分级、涂料的附着力以及涂料的流动性都有重要意义。
常用的确定纳观接触角的方法有：
接触角测量仪：这是一种专门用来测量纳观接触角的仪器，通常使用液体或气体作为测试介质。
视觉法：通过观察液体在表面上的滴液形状来判断接触角的大小。
拉氏试验：这是一种使用杠杆原理的方法，可以通过测量表面的张力来确定接触角的大小。
涂层法：通过测量涂层厚度或刻蚀宽度来确定接触角的大小。
常用的纳观接触角测量仪有接触角毛细器、接触角压滤机、接触角分级机和接触角滤布机等。
接触角测定方法
接触角测定方法引言：接触角是物体表面与液体或气体之间的接触线与表面法线之间的夹角。
它是表征固体表面性质的重要参数，能够反映固体表面的亲水性或疏水性。
测定接触角的方法有多种，本文将介绍常用的几种接触角测定方法。
一、测角仪法测角仪法是最常见的接触角测定方法之一。
它通过测量液滴在固体表面上的接触线与水平线之间的夹角来确定接触角。
测角仪通常由一组刻度盘、测角尺和支架组成。
测量时，将待测液滴滴在固体表面上，调整测角仪使接触线与测角尺重合，然后读出刻度盘上的角度即可得到接触角。
二、光学法光学法是一种基于光的表面张力测量方法，可以用于测量接触角。
这种方法利用光的反射和透射原理，通过测量光线在液体-固体界面上的反射和折射角度，推导出接触角的数值。
光学方法具有非接触式、高精度等特点，适用于对微小液滴或固体表面进行接触角测定。
三、电容法电容法是一种基于电容变化的接触角测定方法。
它利用电容与液滴的接触面积和间隙之间存在的关系，通过测量电容的变化来计算接触角。
该方法可以在实验室条件下进行，不受环境影响，具有较高的测量精度。
四、自由液面法自由液面法是一种通过测量液体在固体表面上形成的自由液面形状来确定接触角的方法。
该方法通常使用一种称为“滴子”的装置，在固体表面上滴放液滴，并观察液滴的形状。
通过对液滴的形状和重力平衡进行分析，可以计算出液滴的接触角。
五、动态接触角法动态接触角法是一种通过改变固体表面与液体接触的速度来测定接触角的方法。
它通常使用一种称为“接触角计”的装置，通过改变液体滴在固体表面上前进或后退的速度，观察接触角的变化。
该方法适用于测量固体表面上的动态接触角，对于研究固体表面的润湿性能具有重要意义。
结论：接触角的测定方法有多种，每种方法都有其适用的范围和优势。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法进行测量。
通过准确测定接触角，可以更好地了解固体表面的性质，为液体与固体之间的相互作用提供重要参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 对已有的纳观接触角理论的分析
文献中已有的纳观接触角理论可归纳为: 自由 能的准均匀液膜理论 [3,6,7] (导致纳观接触角为零)、 液体分子密度均匀理论 [8] (导致纳观接触角为 π)、 界面层内外密度分别均匀理论 [9,10] , 密度泛函理 论 [11] 和分子动力学理论 [12−22] , 及基于 MD 的纳观 接触角的近似实用理论 [23] .
6) (中国科学院力学研究所微重力国家实验室, 北京
( 2014 年 10 月 9 日收到; 2015 年 3 月 3 日收到修改稿 )
对纳观接触角的确定曾有过许多研究工作, 本文对各种理论进行分析评论, 指出其各自的优缺点甚至错 误, 认为最为简单实用的理论是朱如曾于 1995 年在 《大学物理》 ((Vol. 14(2))) 的文章中对前人的宏观接触角 的错误理论采用澄清接触角概念的方法所得到的纳观接触角的近似理论及近似公式 α = (1 − 2EPS /EPL )π (其中 EPL 和 EPS 分别表示液体内部一个液体分子的势能和固体表面一个液态分子与固体的相互作用势 能, 并可用分子动力学 (MD) 模拟得到), 此理论属于纳观接触角的分子动力学理论的近似简化形式, 值 得进一步发展. 为此, 本文根据物理分析假设 Gibbs 张力表面上位于非三相接触区的一个液体分子的 势能为 EPL /2x, 三相接触线上一个液体分子与其余液体的相互作用势能为 (1 + kEPS /EPL )αEPL /2xπ, 其中 x 和 k 为优化参数. 根据 Gibbs 分界面上处处势能相等条件, 得到改进的纳观接触角的近似公式 α = π(1 − 2xEPS /EPL )/(1 + kEPS /EPL )．对固体表面的氩纳米液柱, 在温度 90K 下对液体分子之间采用林 纳德－琼斯 (L-J) 势, 液体分子与固体原子间采用带有可变强度参数 a 的 L-J 势, 对 0.650 < a < 0.825 范围 内的 8 种 a 值进行了 MD 模拟．得到了相应的 Gibbs 张力面．将其纳观底角视为近似纳观接触角, 结合物理 条件 (当 EPS /EPL = 0 时, α = π) 用最小二乘法得到优化参数值 x = 0.7141, k = 1.6051 和相关系数 0.9997. 这一充分接近于 1 的相关系数表明, 对于不同相互作用强度的纳米液固接触系统, 优化参数 x 和 k 确实可近似 视为常数, 由此确认我们提出的利用 MD 模拟来确定纳观接触角近似公式中优化参数的可行性和该近似公式 的一般适用性.
在三相接触线处, x = x0 , h = 0, 因而 dx 段仅 存固体表面, 所以 dF = γsv d x, 于是 (3) 式的 f 应 该回归 γsv , 此条件与 (6) 式结合得到 h′ (x0 ) = 0. (7)
此即证明了纳观接触角 (α = θ0 ) 为零. 但是, 这 个论证不成立. 原因在于: 整个固体对液体的作 用所造成 x 处液段 dx 自由能的修正不可能如 (3) 式 中 Eslv (h(x))/(1 + h 2 )1/2 d x 所表示的只由液面在 x 处的高度 h(x) 决定, 而是应与附近的高度也有关 (仅当液面高度与 x 无关, 即均匀液膜时, 该修正的 微分表示式才成立). 因此这个假设明显不成立, 所 以纳观接触角一定为零的结论没有得到证明. 本文 的分子动力学模拟结果也表明纳观接触角不一定 为零.
2) (中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室, 北京
3) (Silfex, a Division of Lam Research, 950 South Franklin Street, Eaton, Ohio, 45320, America) 4) (河南理工大学机械与动力学院, 焦作 454003) 5) (沧州师范学院图书馆, 沧州 061001) 100190)
ඡʹ θ α ʹڍ ʹ
+ γsl ,
′
(3)
其中 Eslv h(x)(1 + h 2 )1/2 d x 表示由于液体与固体 的相互作用而对液段 dx 自由能的修正. 对 (2) 式取 变分的极值可以导出液面的微分方程 [γlv + Eslv (h)] h′′ (1 + h′ 2 )3/2 1 d Eslv (h) − = 0, dh (1 + h′ 2 )1/2 (x0 < x < ∞), 以及相应的边界条件: 在三相接触线 (x0 ) 处 h(x0 ) = 0, γsv − γsl − γlv + Eslv (0) = 0. [1 + h′2 (x0 )]1/2 (5) (6) (4)
© 2015 中国物理学会 Chinese Physical Society 116802-1
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 11 (2015) 116802
述真实的接触角. 1977 年, White [3] 指出 Young 方 程只是不能描写真实的微观接触角 (即本文的纳观 接触角 α), 但是能真实表示宏观接触角, 即液汽界 面离三相接触线微观上看无限远部分与固液界面 之间的夹角 θ, 如图 1 所示.
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 11 (2015) 116802
2.2
液 体 分 子 密 度 均 匀 理 论 (纳 观 接 触 角 为 π)
2004 年, Berim 和 Ruckenstein [8] 对 图 2 所 示
立. 本文的分子动力学模拟结果也表明纳观接触角 不一定为 180◦ .
气 液 ds
2.1
准均匀液膜理论 (纳观接触角为零)
文献 [3, 6, 7] 关于固液接触角的推导采用使如
O x θ↼x↽ P h↼x↽ θp
图 2 所示在 y 方向均匀的固液系统的自由能最小化 方法. 其中三相接触线与纸平面交于 O 点, 系统总 自由能为 F = F0 +
x0
∫
∞
x
f (x, h(x), h′ (x)) d x + x0 观接触角 α
Fig. 1. Schematic figure of macro-contact angle and nano-contact angle.
随着纳米科技的发展, 微、 纳流体的润湿现象 在应用中显得非常重要, 例如软印刷技术和芯片 实验室研究等, 纳米尺度毛细作用学应运而生 [4,5] , 其中纳观接触角的理论研究是最核心的问题之一. “纳观接触角” 的重要性在于, 对于纳米尺度液体而 言, 三相接触区的大小和形状不可忽略, 因此液面 与固体表面接触的边界条件不是宏观接触角, 而必 须还原或细化为 “纳观接触角”. 所以在纳观体系的 平衡和运动问题中, “纳观接触角” 具有举足轻重的 地位, 因此吸引了人们的关注 [6−12] , 但是至今未有 一致的理论. 本文将对已有的主要理论进行分析, 辨明优缺点, 并对其中最实用的近似理论和公式进 行改进．
V ′ + ρsv Ssv Φl sv (0) + Ssl [Ks + ρsl Φsl (0)
(8)
其中 σ 是作用半径, εll 表示作用强度. 液体分子与 固体分子之间的相互作用势具有 London-van der Waals 吸引和硬性核排斥 −ε (σ /r)6 , r σ, ls ϕls (r) = ∞, r < σ,
∫ ρl Φ l sl (h) d V + Ks Slv
(9)
− ρl σll Φl sl (σll )],
(12)
式中 Slv , Ssv 和 Ssl 分别为液汽, 固汽和固液界面面 积; σll 为液体分子之间相互作用的硬核半径; Kv 为单位体积内部液体的液液相互作用能的相反数; Ks 为单位面积液汽界面区内连续液体对假想处于 液体内部时的液液相互作用能的修正及单位面积 单分子层与全部液体的液液相互作用能之和, 即单
一般认为固液接触角 θ 遵从 Young 方程 [1] cos θ = (γsv − γsl )/γlv ,
其中 γlv , γsv , γsl 表示液气, 固气和固液界面的界面 张力. 该方程是经典物理学和物理化学中最古老和
∗ 国家自然科学基金 (批准号: 11072242)、 河南省教育厅科学技术研究重点项目 (批准号: 15A130001) 和河南理工大学博士基金 (批 准号: 72515-466) 资助的课题. † 通信作者. E-mail: Zhurz@
年发表的上述近似的无温度效应微观理论进行了 改进 [9,10] , 放弃了液体分子密度处处均匀假定, 而 假定: 液体内部密度均匀 ρl , 蒸汽内部 ρv 忽略不计, 液体表面层、 固液附着层和固汽界面层分别用面密 度 ρlv , ρls , ρsv 的单分子层代替. 总势能 (11) 式改 进为表示式 U = − Kv V +
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 11 (2015) 116802
纳观接触角的确定方法∗
崔树稳 1) 朱如曾 2)6)† 魏久安 3) 王小松 4) 杨洪秀 5) 徐升华 6) 孙祉伟 6)
061001) 100190) 1) (沧州师范学院物理与电子信息系, 沧州
关键词: 纳观接触角, 分子动力学模拟, 表面张力, 实用公式 PACS: 68.03.Cd, 68.08.De, 68.08.Bc DOI: 10.7498/aps.64.116802
最有用的方程之一, 可以通过界面张力的平衡或者
1 引
言
界面自由能的最小化推导出来. 1976 年, Jameson 等 [2] 注意到, Young 方程推导的基础, 是假设了界 面自由能存在于无厚度的界面, 他们认为这是不实 (1) 际的, 因为固液接触区具有纳米尺度的厚度, 三相 接触区具有纳米尺度大小, 三相接触区的自由能不 能由三个界面自由能表示, 因此 Young 方程不能描