接触角的概念所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相
三相接触角定义-概述说明以及解释
三相接触角定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述在电力系统中，三相接触角是一个重要的概念，它描述了三相交流电的相位差，是电力系统运行中的关键参数之一。
三相接触角的大小直接影响着电网的稳定性和运行质量，因此对其进行准确的控制和监测具有重要意义。
本文将从三相接触角的概念、影响因素和应用领域进行探讨，旨在深入了解这一重要的电力系统参数，为电力系统的安全稳定运行提供理论支持和指导。
1.2 文章结构文章结构部分包含了整篇文章的框架和组织方式，有助于读者更好地理解文章内容。
本文的文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了文章的背景和重要性，以及文章的主要内容和结构安排。
在引言部分，我们将简要概括了三相接触角的定义和重要性，并提出了本文的目的和意义。
正文部分是本文主体部分，主要围绕三相接触角的概念、影响因素和应用领域展开讨论。
在2.1节中，我们将详细阐述了三相接触角的定义和意义，以便读者对该概念有更清晰的认识。
在2.2节中，我们将分析影响三相接触角的因素，探讨其影响机制和调控方法。
最后在2.3节中，我们将介绍了应用三相接触角的领域，展示其在工程和科学领域的重要性和应用前景。
结论部分将对整篇文章进行总结，强调三相接触角在实际应用中的重要性，并探讨未来研究的方向和展望。
我们将通过本文的研究内容和结论部分，为读者提供对三相接触角的深入理解和启发。
1.3 目的本文旨在深入探讨三相接触角的定义及其重要性，介绍其在工程和科学领域中的应用。
通过对三相接触角的概念、影响因素和应用领域进行全面分析，旨在帮助读者更好地理解这一概念，并认识到其在实际工程中的重要性。
同时，也希望激发读者对于三相接触角的未来研究方向的思考，促进相关领域的学术交流与发展。
通过本文的阐述，读者将能够更好地把握三相接触角的核心概念，拓展其在不同领域的应用，并为相关研究提供参考和指导。
2.正文2.1 三相接触角的概念:三相接触角是指在一个系统中，三种不同相的物质在接触处形成的角度。
接触角
原理概述1接触角定义当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。
但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。
当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即θγγγcos ///A L L S A S += （1）式中γS/A 、γL/A 、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00-1800之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。
2润 湿润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。
自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。
润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。
可从图2看出。
图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1m2固面和1m2液面消失，形成1m2固-液界面，则此过程的W A S/L为：W A S/L＝γS/A+γL/A-γS/L （2）（2）铺展润湿当一液滴在1m2固面上铺展时，原有的1m2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m2液面和1m2固－液界面，则此过程的W S S/L为：W S S/L＝γS/A-γL/A-γS/L （3）（3）浸湿当1m2固面浸入液体中时，原有的1m2固面消失，形成1m2固－液界面，则此过程的W I S/L为：W I S/L＝γS/A-γS/L （4）对上述三类润湿，γS/A和γS/L无法测定，如何求W S/L？分别讨论如下：①粘附润湿将（1）式代入（2）式，可得：W A S/L＝γL/A（1+cosθ）（5）因液体表面张力γL/A为已知，故只需测定接触角θ即可求出W A S/L。
10-4固-液界面
dG
dAs Asd
1dn1 n1 d 1
2dn2 n2 d 2
与(1)式比较，可得表面吉布斯-杜亥姆方程：
Asd n As
n1 d 1 d
n2 d 2 0 1d 1
2d 2
溶剂 1 0，d 2
RT d ln a2
a2 d
2
RT da2
由吉布斯吸附等温式
d
0，
dc
d dc
0，
d 0， dc
0 ，负吸附 0 ，正吸附 0 ，无吸附
吸附等温线一般为到U型或S型，为固-气吸附类型
中没有的。
12
§10.5 溶液表面的吸附
恒温恒压下: dT,PG = d( ·A) = As·d + ·dAs
纯液体： 为定值，降低Gibbs函数的唯一途径是减少液
体表面积 ；
溶液： 与组成有关， 可自发进行溶质在溶液表面的 吸附而改变溶液
溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓度不同 的现象 —— 溶液表面的吸咐
26
胶束呈近似球状、层状或棒状，如图所示
球状
层状
棒状
（3） HLB法 HLB —— 亲水亲油平衡 (hydrophile-lipophile balance)
28
（4） 表面活性剂的实际应用 润湿、去污、助磨、乳化、破乳（消泡） 等等。
例: 去污作用
29
气
液
气
液
Gi
sl
s
Wi
Gi Wi 0 自动进行
浸湿功
固
固
当小液滴的表面积与铺展后的表面积相比可忽略不计时，
Gs
sl
l
s
铺展系数： S
接触角仪器原理【详解】
所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固-液-气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
接触角测量仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。
该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。
接触角测量仪的工作原理：用接触角测量仪本身附带的注射器针头将一滴待测液体滴在基质上。
液滴会贴附在基质表面上并投射出一个阴影。
投影屏幕千分计会使用光学放大作用将影像投射到屏幕上以进行测量。
这个投影屏幕千分计带有一个可调式标本夹，能够在垂直方向或轴向上对准图像；通过滑动屏幕可在水平方向上调整图像。
锁定旋钮可将投影液滴固定在位。
若要读取液滴角度，您需要找准从图像拐角接触点到图像Zgao点之间的切线；请用专门校准的分度器标尺测量角度。
接触角测量仪的测量原理：接触角测量仪原理是固体板插入液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲。
否则，液面将出现弯曲现象。
因此，改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角。
其实有点类似于液滴高度/宽度法测量，运用圆方程式来拟合液滴的轮廓形状，从而计算出接触角。
由于此方法假定了液滴(截面)的形状为圆的一部分，所以其适用范围只限于球状或接近球状的液滴。
由于重力的影响，严格地讲，液滴的形状都偏离球型：偏离的程度随液滴的体积增大而增大；在同样的体积下，液体的比重越大，表面张力越小，偏离的幅度也越大。
接触角常用的测定方法：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—类方法精度由测角器所决定；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决定。
固液两相
反之则未必。因此，铺展是润湿程度最高的一种润湿。
5.润湿现象
由于固气界面张力和固液界面张力测量比较困难，而液气界面张力和接触角比较容易测定，把 young 式方程带入上述三个方程中。可得： 粘附润湿： 浸湿： 铺展润湿： 因此，在用接触角表示润湿性时，常以为 润湿与否的判断标准，即 为不润湿，
为润湿；接触角越小，润湿性越好。当
6.固体表面的吸附
Langmuir吸附等温式 令：
V为平衡时的吸附量 Vm为单分子层吸满时的吸附量
设：表面覆盖度 =
V/Vm
)
ka a kd
ap 1 ap
则
Байду номын сангаас
则空白表面为(1 -
吸附速率为 ra ka p(1 )
脱附速率为 rd kd 达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
可见，接触角越小，表面粗糙度的影响越大，要得到准确的接触角，特别注意表面要光滑。
6.接触角的滞后现象
由于表面不均匀性和多相性的滞后
• 前进角往往反映表面能较低的区域，或反映与液体亲和力弱的那部分固体表面的
性质，而后退角往往反映表面能较高的区域，或反映与液体亲和力强的那部分固 体表面的性质。 对于由物质A和物质B组成的复合表面，若两者各占分数为xA和xB，则复合表面的接 触角可表示为：
6.固体表面的吸附
Langmuir吸附等温式 Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之
间的定量关系。他在推导该公式的过程引入了三个重要假设：
(1) 吸附是单分子层的 (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用 (3) 吸附和脱附之间存在动态平衡 Langmuir认为气体在固体上的吸附是气体分子吸附和脱 附两种过程达到动态平衡的结果。
接触角法测定聚合物表面的表面能
4.00 0
TEM
2.00
2.00
AFM
4.00 0
um
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
表面能，表面吉布斯自由能简称
定义：在某种温度压力下生成单位新的表面积所引起的体 系吉布斯自由能的增加量，它也等于在某种温度下生成单 位表面时所需的可逆功，又常称为内聚功。
d d sg lg
p p sg lg
(1 cos ) lg
2
d
p
sg ：液气界面的色散力。 sg ：固气界面的极性力。
d lg ：固气界面的色散力。
：lgp 液气界面的极性力。
本方程有两个变量，需要进行两次不同液体对同一固体界面进行测试， 解联立方程得到固气界面的色散力和极性力，得到固体的表面自由能。
该方法比较简单，但随配对液体的不同，计算结果会有较大不同。常用 液体为水和二碘甲烷。
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
Wu S方法
Wu S在研究高分子化合物之间的界面张力时，发现Fowkes公式有较 大误差，于是做了两点改进：一是用调和平均法计算不同分子间的引 力常数，二是不仅考虑色散力的影响，也考虑了分子间极性力的影响 ，其方程如下：
1 cos
4
lg
d lg
d
lg
d sg
d sg
p
lg
p lg
p sg
p sg
本方程也有两个变量，需要进行两次不同液体对同一固体界面进行测试， 解联立方程得到固气界面的色散力和极性力，得到固体的表面自由能。 只是计算方法与Owens方法不同。
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
接触角
2.常用接触角的测量方法
1）外形图像分析方法 外形图像分析法的原理：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
2）称重法 通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.
3.决定和影响润湿作用和接触角的因素
固体和液体的性质及杂质、添加物的影响， 固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响， 表面污染等。
cos s-g l-s l-g
洗涤、喷洒农药、润滑、油漆、防水布制备、原油开采等
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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。
关系.
接触角及其相关应用
主讲：谢昌健
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 接触角（contact angle）--定义
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。
1.2 接触角--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，
在固体表面上的一液滴，若此液体受到固体表面之作用力甚 强（例如水与一种强亲水的固体的表面），液滴将会完全 地平在固体表面上，而其接触角约为0°。而非强亲水性 之固体，则接触角则会较大，到约90°。在许多高亲水性 的表面上，水滴所表现自0°到30°。
若是固体表面为疏水，则接触角将大于90°。对于高疏水性 的表面，其对水的接触角可高达150°或甚至近180°。 在这种的表面上，水滴仅是停留在其上，而非真正对其表 面浸润，可称之为超疏水，我们可以在适当氟化处理过 （类铁氟龙涂布）的表面观察到，并可称之为莲花效应。 这种新材料的表面之超疏水现象系基于与莲叶表面相同之 原理（叶面有许多小突起）甚至对蜂蜜都有超疏水之现象。 接触角因而也提供了表面与液体间作用力的资讯。
钎焊
1. 钎焊：加热到钎料熔化、母材不熔化的温度，通过母材与钎料之间的溶解、扩散等冶金反应，凝固后实现冶金连接2. 固体纯金属的表面结构：最外层表面为0.2--0.3nm 的气体吸附层，次表层为3--4nm 厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成，在氧化膜之下是一层厚度约为1-2μm 厚的微晶组织，其下层是1--10μm 的变形层，3. 润湿的分类：附着润湿、浸渍润湿、铺展润湿4. 附着润湿：指固体与液体接触后，将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。
5. 浸渍润湿：是指固体浸入液体的过程。
固气相界面被固液相界面所取代，液相表面不变6. 铺展润湿：是液滴在固体表面上铺开的过程，即以液固相界面和新的液气相界面来取 代固气相界面和原来的液气相界面的过程。
7. Young 氏方程的三个基本假设：过程发生在理想表面上、系统达到平衡状态、体系的温度、压力和组成均不发生变化则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。
8. Young 氏方程：lg /)(cos σσσθsl sg -=,θcos 又称为润湿系数，θ=0就是铺展润湿9. Young 氏方程的推导是假定在恒温、恒压和组成不变的平衡条件下得到的。
10. 三种润湿的共同特点是：液体将气体从固体表面排开,使原固气界面消失,并代之以固液界面。
11. 附着润湿 12. 浸渍润湿： 13. 铺展润湿： 14. 要促进润湿，最常采用的方法是用第二种液体(钎剂)覆盖在钎料与母材的表面上，从而使界面的情况发生变化．此时有 15. 附加压力定义为： PA=Pr-P ∞ 其中:P ∞和Pr 分别为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。
可见,附加压力是任意形状界面时比平界面时多出的压力。
16. 弯曲液面的附加压力：当相界面为曲面时，还会产生另一种压力，称为附加压力。
17. 平界面：附加压力为零；凸界面附加压力为正值，指向液体内部；凹界面附加压力为负值，指向液体外部。
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接触角的概念：
所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相点处的夹角。
接触角的大小决定了润湿程度，接触角本身取决于界面张力的相对大小。
固体表面能被液体润湿，接触角越小．润湿性越大，铺展性也愈大，当接触角为零时，叫完全润湿；固体表面不被液体润湿，说明接触角越大，润湿性越小，辅展性越小，液面易收缩成球形。
当接触角等于180度时，叫完全不润湿。
必须指出，润湿与不润湿是一种相对的概念，没有绝对不润湿酌物质，它们只是程度上的差异。
习惯上是这样区分的：接触角＜90度称为润湿；接触角＞90度，称为不润湿；接触角等于零度，叫完全润湿；接触角＝180度，叫完全不润湿。
以上所指的接触角也叫平衡接触角，它没有考虑表面上的阻力，对一个弯曲液面，由于表面张力的作用。
迫使弯曲液面向内收缩而产生一种额外的压力，这种额外的压力叫做附加压力。
附加压力的方向始终指向曲率中心。
注意附加压力只发生在弯曲液面上。
众所周知，纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。
所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
接触角测量仪仪器介绍：
本公司仪器采用现代化工艺制造，仪器采用先进的专用CMOS数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、左右、前后等方向移动。
实现微量进样及上下、左右精密移动。
同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。
仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。
软件搭配修正功能，测试多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。
该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需。
适用于各种行业测定接触角的用户
接触角测量仪测量方法：
接触角多元化分析方式：全自动拟合法，半自动拟合法，手动水平测量，手动斜面测量，
多元化软件计算方法：圆环拟合法(40度以下)；椭圆拟合法(40-120度)；Young-Lapalacer拟合法(120度以上).
精准的表面自由能计算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（软件中预装部分液体数据库，可扩展）.
一键式软件测量操作：【按空格键】--打开摄像头；【按1键】--精准的控制滴液；【按2键】--高精度的进行全自动测量.
不规则产品测试拓展：凹凸面测试，曲面测试，滚动角测试,前进角后退角测试，高温接触角测试.
高速拍照方式：单张/连续/录像；录像任意电影单张导出；录像视频可自动快速测量.
细致化数据库管理：导出Excel表格数据word图片数据；图片文字显而易见.
接触角测量仪软件分析方法：
座滴法（sessile drop）;
悬滴法（pendant drop）;
薄膜法（lamella method）;
掳泡法（Captive bubble method）;包覆纤维法（wetted fiber）;
纤维座滴法（sessle fiber drop）;附着滴法（captive bubble）;。