第六章固液界面讲义教材

只要已知液体的表面张力与接触角θ，即可算得Wa，A和S
根据Young方程 cos sg sl lg
也可知：γlg↘ ，θ ↘ ，润湿性增大
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Wa = γlg(cosθ+ 1) ≥ 0 ， θ≤180º附着 A = Wi = γlgcosθ ≥ 0 ， θ≤90º 浸湿 S = γlg(cosθ-1) = 0 ， θ＝0º 铺展
定粗糙度r的表面时应加以校正：
r(
sgs
l)lgco's
粗糙表面的接触角余弦函数的 r cos '
绝对值总是比平滑表面的大：
cos
θ小于90’时，表面粗化将使θ变小。
对于可以润湿的体系，固体表面粗化时体系的润湿性更好；
θ大于90‘时，表面粗化将使θ变大， 对于不能互相润湿体系，固体表面粗化则使体系更不润湿。
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2、插板法接触角测量仪：
也称倾板法接触角测量仪，其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。如下图B所示。 否则，液面将出现如图A或C所示的弯曲现象。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。斜板法避免 了作切线的困难，提高了测量的精度，但突出的缺点是液体用量较多。这在许 多情况下妨碍了它的应用，且，他只能测试接触角小于90°的样品。 这就是这 种原理的接触角测量仪。
在应用吊片法测定液体表面张力的时候，为促使吊片与试液润湿良好， 总是把吊片打毛，使其表面粗化；
在制造防水材料时也要保持表面粗糙以达到更好的不润湿性。
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6.3 润湿接触角的测量
接触角测量仪定义：用于测量固体表面自由能的专业测量/测定仪器。
基本原理：
以上两式称为Young方程（1805）或润湿方程，是研究s-l润湿的基础
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6.2.2 润湿性好坏的判据 θ= 0º铺展（完全湿润）(cosθ=1；γsg=γlg+γsl)， θ=180º 完全不湿润，液体在固体表面凝集成小球 0º<θ<90º 润湿，且θ越小，润湿性越好 90º<θ<180º不湿润（不完全润湿）
恒温条件下，Wa≥0（或ΔG≤0）是发生粘 湿的条件。
Wa越大，体系越稳定，固液界面结合得越牢。 任何使γsl减小的作用因素都可增大发生粘湿
的倾向并增加粘附的牢度。
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6.1.4 润湿过程的比较
粘湿 Wa=γsg-γsl+γlg≥0 浸湿 Wi=γsg-γsl ≥0 铺展 S=γsg-γsl-γlg≥0
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概念：固液界面取代固气界面与固气界面取代固液界面后形成的接 触角不相同的现象。
前进角θa：固液界面取代固 气界面后形成的接触角
后退角θr：固气界面取代液
气界面后形成的接触角
例：水在某些矿物上的θa和θr之差可达50度。 水银在钢上的θa与θr之差可达150度
1、影像分析法（角测量仪Goniometry） 接触角测量仪：
影像分析法是通过滴出一滴满足要 求体积的液体于固体表面，通过影像 分析技术，测量或计算出液体与固体表 面的接触角值的简易方法。
仪器基本组成：光源、样品台、镜 头、图像采集系统、进样系统。最简单 的一个影像分析法可以不含图像采购系 统，而通过镜头里的十字形校正线去直 接相切于镜头里观察到的接触角得到。
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接触角θ：在固液气三相交界线上任意点O的液体的表面张力γlg 与液固 界面张力γsl间的夹角。
平衡时三相点处各界面张力γsg γlg γsl一般服从
sg sl lgcos 或
cos sg sl lg
其中γlg γsl力图使液滴收缩，γsg力图使液滴展开
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• 固液界面的产生：
暴露在空气中的固体会吸附气体，此时再与液体接触，若所吸附 的气体被排开，则此时产生固液界面
• 润湿（wetting）现象:
水在清洁玻璃表面上铺展开——润湿 叶片上的水珠，玻璃上的水银——不润湿
• 润湿作用：
用液体取代空气，将固气表面接触代之以固液接触的过程。 • 液体在什么条件下可润湿固体？ • 怎样改变液体和固体的润湿性质满足人们的需要？
原因：表面不平和表面不均匀及测定技术不当。污染是导致表面不 均匀的一个主要原因。
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6.2.5 粗糙度与润湿接触角的关系——Wenzel方程
平滑表面的润湿方程：
sg sl lgcos
当润湿方程应用于具有一
6.1润湿过程
润湿过程可分为三类： 粘湿（粘附润湿adhesion）, 浸湿(immersion)，铺展(spreading)
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6.1.1粘湿
概念：变液气界面和固气界面为固 液界面的过程
能量：-ΔG = Wa = γsg+γlg－γsl ，
Wa为粘附功
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6.2.3 接触角与湿润过程的能量
将Young方程γsg-γsl=γlgcosθ代入 Wa =γsg-γsl+γlg Wi =γsg-γsl=A S =γsg-γsl-γlg
得：Wa = γlg(cosθ+ 1) A = Wi =γlgcosθ S =γlg(cosθ-1)
γlg对三种润湿贡献不同：
对粘湿，γlg大有利 对浸湿，γlg不起作用 对铺展，γlg小有利
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6.2 Young方程和润湿接触角 6.2.1 Young方程和润湿接触角θ
将液体滴于固体表面上，液体或铺展而覆盖固体表面,或形成一液滴停 于其上。
当液滴滴到固体表面上时，所形成的形状用接触角来描述。
对一个体系而言：
Wa（粘附功）> Wi（粘附张力或浸润功）> S(铺展系数)
若S≥0,则Wi和Wa必大于0，即凡能铺展的必定能浸润与粘湿， 但能 浸润与粘湿的不一定能铺展。通常用S作为系统润湿程度的指标。
上列三个过程都涉及粘附张力（浸润功）Wi = A = γsg-γsl
显然γsg越大，γsl越小，差值越大，越有利于润湿