实验四 玻璃表面接触角的测定

玻璃表面接触角的测定

一、前言

静滴接触

/界面张力测量，主要是测量液体对固体的接触角（及压固后粉末）的接触角，

即液体对固体的浸润性，也可以测量外相为液体的接触角。

它能测量各种液体对不同材料的接触角。接触角在表面化学研究中有着广泛的应用，如研究固体表面的润湿性质、固体的表面能、浸润热、低能固体的吸附量等，在石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研和生产有非常重要的作用。

二﹑实验目的

1.熟悉润湿作用及接触角测定原理，了解其在材料科学领域的应用。

2.了解DSA30接触角测量仪的结构和工作原理，并掌握其测定方法。

三﹑实验原理

润湿是自然界和生产过程中常见的现象，通常将固－气界面被固－液界面所取代的过程称为润湿。液体和固体接触后，体系的自由能降低的，因此我们可以用吉布斯自由能降低多少来表示润湿的程度。设有单位面积固体及液体，未接触前，表面自由能是

γLA(液－气表面张力)+γSA(固－气表面张力)，接触后形成了单位表面积的固∕液界面，

其界面自由能是γSL，故体系的自由能降低了：

∆G = γLA +γSA－γSL = W SL (1)

W SL表示粘附功，可用来衡量润湿程度。

式（1）因涉及到γLA和γSA，这些物理量无可靠的测定方法，故需另觅途径,接触角

的数据可克服此种困难。

设将液体滴在固体表面上。一般情况下液体并不完全展开而与固体表面成一角度，形成所谓的接触角，以θ代表之。接触角是这样规定的：在固－液－气三相交点处作气液界面的

1805年Young提出，在达到平衡时，固－气、固－液、气－液界面自由能γLA、γSA 、γSL和接触角θ间有下述关系：

γSA–γSL = γLA cosθ（2）

此关系式称为Young方程式或润湿方程，它是描述润湿的最基本的公式。

将（2）式代入（1），可得：

W SL = γLA (1+cosθ) （3）

因而，只需测出液体与固体间的接触角和液体的表面张力γLA，依（3）式求出粘附功W SL。由（3）还可以看出：只有当θ=1800时，W SL才为0，称为完全不润湿。当然，这是理想情况。当θ=00时，称为完全润湿，此时W SL达到最大。习惯上将θ=900定为润湿与否的标准。θ>90o叫做不润湿；θ<900叫做润湿。θ越小润湿性越好。

四、测量方法

角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一。

它是在平整的固体表面加一滴小液体，直接测量接触角的大小。为此可用低倍显微镜中装有的测量仪测量，也可将液滴图象投影到屏幕上或拍摄图象再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。接触角难以测准，常需多次测量取平均值。这不仅是由于测量方法上的固有困难，而且决定和影响润湿作用和接触角大小的因素很多，如：固体和液体的性质和杂质，固体表面的粗糙程度，表面不均性，外来污染物的影响等等。

五、实验操作步骤：

1. 接通视频接触角测试仪的电源，打开镜头盖；打开计算机并打开接触角测试软件。

2. 在软件窗口中，点击工具栏上的“Freeze”，在“FG-Drop Window”窗口中，会显示镜头拍摄的图像。

3. 调整镜头上的聚焦旋钮，使窗口中的针头图像清晰。

4. 点击菜单中的Options—>Drop Type—>Sessile Drop，选择座滴法测量。

5. 在载物台上放置测试样品。

6. 在“DSA Device Control Panel”窗口中，点击“Dosing”中的“Dosing forward”按钮，使注射器推出大小合适的液滴。

7. 调整载物台高度，让液滴落在测试样品上，并点击工具栏中的“Snap”，冻结图像。

8. 点击工具栏中的“Baseline detection”，自动寻找基线。

9. 点击工具栏中的“Contact Angle”，自动计算接触角，在“Result Window”窗口中显示测试结果。

10. 保存图像，记录测试结果。

六、数据处理和实验报告

对测量数据进行分析，并进行有关事项的讨论和总结，以及提出建议。