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什么是动态接触角水滴角

更新时间:2023-10-18  |  点击率:341

杨氏方程中所预示的接触角是假定固体表面平坦光滑、化学均匀、各相同性,固—液—气三相达到热力学平衡状态下的接触角,也称之为静态接触角(Staic Contact Angle)θO,即固—液—气三相接触线静止未发生移动的接触角。

但实际的固体表面在一定程度上可能存在粗糙不平、化学组成不均一,受污染等多种情况,这就使得实际接触角并非如杨氏方程所预示的取值。而是在相对稳定的两个角度之间变化,这种现象被称为接触角滞后现象。上限为前进接触角(Advancing Contact Angle)θA,下限为后退接触角(Receding Contact Angle)θR。通常定义,液—固界面取代气—固界面后形成的接触角叫前进接触角;而气—固界面取代液—固界面形成的接触角叫后退接触角。一般情况下前进角总是大于后退角,二者之差θA-θR=Δθ定义为接触角滞后(Contact Angle Hysteresis)。

接触角滞后的大小决定了液滴从固体表面滚落的难易程度,滞后越大表明液滴越不易从表面滚落。滚动角(Sliding Angle)能直观的反映出接触角滞后的大小。所谓滚动角是指一定体积的液滴从固体表面发生滚落时所需的最小倾斜角度,用α表示。滚动角与前进角和后退角之间的关系可由Furmidge公式给出:

m·g·sinα=γLGW(cosθR-cosθA)       (1)

(1)式中m为液滴的质量,g为重力加速度,W为固—液接触面的直径,由此式可得出接触角滞后越小,滚动角就越小。

在前进角和后退角区间内,固—液—气三相接触线是保持静止的,此时应为静态接触角;而当出现前进角或后退角时,三相接触线开始发生移动,这种固—液—气三相接触线发生移动的接触角称之为动态接触角(Dynamic Contact Angle)θD

前进角通常反映的是表面能较低、与液体亲和力弱的那部分固体表面区域的性质;后退角则相反。对于超疏水性材料,如果知道了前进接触角、后退接触角以及液滴的起始滚动角,就可以更好的了解材料的表征;同样在表面是倾斜的情况下,考察液体在表面的润湿行为就必须分析动态接触角才能更好地反映实际情况。

接触角.png