5.2润湿与粘附解析
润湿原理的应用
润湿原理的应用润湿原理是指液体在固体表面的扩展现象，也可以理解为液体与固体之间的相互作用力。
润湿现象广泛应用于生活和工业中的各个方面，以下是润湿原理的一些具体应用。
1. 表面润湿和表面张力：润湿现象可以使一些液体在固体表面上形成一层薄膜，这可以改变物体的表面性质。
例如，在纺织品加工中常用的涤纶功能面料采用了纳米级表面处理技术，通过润湿作用可以使面料具有防水、防油、防污等功能。
2. 渗透和分散：润湿原理可以被应用于渗透和分散过程中。
例如，在化妆品中，通过润湿作用可以使乳液或化妆品更容易渗透到皮肤中，提高吸收效果。
在农业领域，通过润湿作用可以促进植物根系对水分和养分的吸收。
3. 润滑：润滑是润湿原理在机械工程中的一个重要应用。
例如，在机械设备中润滑油或润滑脂能够减少机械零件之间的摩擦，降低能量损耗，并延长设备的使用寿命。
4. 涂层和印刷：通过润湿作用可以实现涂层和印刷工艺的精确控制。
在印刷过程中，墨水会通过润湿作用在印刷版与印刷媒介之间形成一层薄膜，从而实现传递。
在涂层过程中，涂料通过润湿作用可以均匀地附着在物体表面上，提供保护和装饰功能。
5. 表面改性：润湿原理可以通过表面改性实现多种功能。
例如，在材料科学领域，通过表面润湿作用可以提高材料的粘附性、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
在光学和电子器件制造中，利用润湿现象可以改善材料的光学透明度和电子性能。
6. 微流控系统：微流控系统是一种利用微米级通道和润湿原理来控制微小流体流动的技术。
该技术被广泛应用于生物医学、化学分析和生物化工等领域。
微流控系统可以通过控制流体在不同通道中的润湿程度来实现样品的分离、混合和传感。
总的来说，润湿原理的应用十分广泛，涉及到生活的各个方面，如化妆品、纺织品、涂层和印刷、机械工程、材料科学等。
润湿现象的研究和应用不仅能改善材料的性能，还可以推动科技的发展，并为人们提供更便利、高效和可持续的生活方式。
润湿过程的三种类型课件
姓名： 胡 文 珊
学号：20100047
黏附润湿
三 种
类
型
浸
湿
铺展润湿
三种类型的定义
黏附润湿过程：液体直接接触固体，变气-夜 界面和气-固界面为液-固界面的过程。 浸湿过程：将固体直接浸入液体，使原来的 气-固表面为液-固界面所代替的过程。 铺展润湿：液体与固体表面接触后，在固体 表面上排除空气而自从铺展的过程，亦即一 个以液-固界面和液-气表面取代气-固表面的 过程。
润湿， θ<90 °为润湿，θ越小润湿越好。当平衡接触角 θ=0 °或不存在时为铺展。对一定液体， θ>90 °的固体 叫做憎液固体，θ<90 °的固体叫做亲液固体。
The Байду номын сангаасnding …
三种润湿的发生的条件
• 黏附润湿 • 浸湿 • 铺展润湿 Wa=σ SG-σ SL+σLG≥0 A=-Wi=σ SG-σ SL ≥0 SL/S=σ
SG-σ SL-σLG≥0
显然，对于同一系统，三种润湿可依次 表示为Wa >A>SL/S。换言之，若SL/S ≥0， 必有Wa >A>0，即凡能铺展润湿的必能黏附 润湿和浸湿，反之则未必。因此铺展是润 湿程度最高的一种润湿，通常可用S作为 系统润湿程度的指标。
借助Young方程，将它代入式（4—34）中，可得：
Wa=σLG（1+cosθ） A=σLGcosθ SL/S=σLG（cosθ-1） 上三式表明，只要已知液体的表面张力与接触角θ即可算得Wa、A 与SL/S。同时为我们提供了利用接触角θ判别润湿的依据。一般说， 接触角θ越小，润湿性越好。 习惯上规定θ=90°为润湿与否的标准，即θ>90 °为不
润湿和粘附的名词解释
润湿和粘附的名词解释润湿和粘附是两个在科学和工程领域中经常被提及的概念。
本文将为读者解释润湿和粘附的涵义，并深入探讨其应用和相关原理。
润湿是指一种物质或者液体在接触到固体表面时的扩散能力。
当一滴液体滴在固体表面上时，它能否在表面上扩展和均匀分布，与固体形成接触角决定了其润湿性。
接触角是液体与固体之间的夹角，可以分为三种类型：大于90度的为非润湿、小于90度的为润湿、等于0度的为完全润湿。
不同物质和材料之间的接触角大小不同，形成了润湿性的差异。
润湿液体的性质在许多领域中都有着广泛的应用。
在医疗行业，润湿性好的材料可用于制造人工关节和心脏支架等医疗器械。
此外，对于电子设备而言，具备良好润湿性的材料能够提高电连接的可靠性。
同时，在微处理器制造和涂层技术方面，润湿性也是一个重要的考虑因素。
因此，深入了解润湿的原理以及如何调整润湿性是一项重要的科学任务。
与润湿相关的是粘附，它是指两个不同物体之间的结合能力。
粘附现象广泛应用于胶水、胶带、涂层材料等领域。
粘附的力量取决于黏附剂和表面间的各种相互作用力，例如物理吸附、化学吸附和压力。
粘附剂的选择非常重要，尤其是在工业生产中。
例如，在汽车工业中，粘合技术可用于玻璃、塑料和金属之间的结合，以提高汽车的强度和安全性。
类似地，在建筑业中，粘合剂被使用在不同建材的结合上，例如墙体和地板之间的粘接。
科学家和工程师们经常在研究粘附现象时着眼于提高粘附力量和持久性。
他们通过不同的方法来改善粘附性能，例如通过材料选择、粘附剂的调整以及表面处理。
为了更好地理解粘附原理，研究人员还利用纳米技术和表面化学等学科的进展，来解析粘附过程中的分子间相互作用。
总结起来，润湿和粘附是科学和工程领域中关键的概念。
了解润湿性和粘附性对于很多领域的进步和创新都至关重要。
通过深入研究润湿和粘附的原理、发展新的材料和技术，我们可以不断改进产品的性能，推动科技的发展。
因此，对这两个概念的理解和应用有助于我们更好地解决实际问题，带来更大的进步和发展。
材料表面粘附和润湿性的控制
材料表面粘附和润湿性的控制随着科技的不断发展，材料表面的功能和性能得到了极大的提升，其中润湿性和粘附性是重要的表面特性之一。
润湿性是指液体在固体表面上的分布和附着情况，粘附性是指物质之间接触面之间的相互作用力。
材料表面的润湿性和粘附性的控制具有广泛的应用前景。
润湿性的控制润湿性对材料表面的性能和应用有着重要的影响。
润湿性是通过接触角来表征的。
接触角是将水（或其他液体）滴在固体表面上时，液滴表面与固体表面接触点之间的夹角。
根据接触角的大小，固体表面的润湿性可以分为亲水性和疏水性。
1.亲水性表面亲水性表面具有低接触角，水在表面上易于弥开和附着。
这种表面常用于微流体和传感器等领域。
亲水性表面的制备方法包括：（1）化学修饰：通过在材料表面引入亲水基团等化学修饰，使其在水中易于分散和吸附。
（2）物理处理：使用高能离子、激光等物理处理方法，改变表面形貌和电荷状态，从而影响润湿性。
2.疏水性表面疏水性表面具有高接触角，水在表面上不易附着和弥开。
这种表面常用于防污、自清洁和油水分离等领域。
疏水性表面的制备方法包括：（1）化学修饰：通过在材料表面引入疏水基团等化学修饰，使其在水中不易分散和吸附。
（2）物理处理：使用纳米结构、微结构和表面纳米涂层等方法，改变表面形貌和梭形结构，从而影响润湿性。
粘附性的控制材料表面的粘附性对于薄膜、涂层和粘合等领域具有重要的应用。
表面粘附性的控制可以通过改变表面能和界面能来实现。
1.表面能的控制表面能是材料表面对外部接触物质的吸引力。
表面能的大小决定了材料与其他物质之间的交互作用。
表面能的提高可以增强材料之间的黏附和表面张力。
表面能的提高可以通过以下几种方法来实现：（1）物理处理：使用等离子体处理、脉冲激光等物理处理方法，改变表面形貌和表面能状态。
（2）化学修饰：通过在材料表面引入亲水基团、疏水基团等化学修饰，提高表面能和界面能。
2.界面能的控制界面能是材料表面与外部接触物质之间的相互作用力。
润湿与粘附
Wa ≥ 0
(4.2.10) )
浸湿: 浸湿:
Wi = G = γ LV cosθ ≥ 0
θ ≤ 90 0
Wi ≥ 0
(4.2.11) )
铺展: 铺展:
S = G = γ LV (cosθ 1)
其中,θ=0或不存在,S≥0 . 或不存在, 其中, 或不存在
(4.2.12)
根据上面三式, 根据上面三式,通过液体在固体表面上的接触 角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能. 角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能.
(γ SV γ SL )dASL = [ x1 (γ S1V γ S1L ) + x2 (γ S2V γ S2L )]dASL
x1,x2分别为两种表面所占面积的分数. 分别为两种表面所占面积的分数. 用dASL除上式即得
γ SV γ SL = x1 (γ S V γ S L ) + x2 (γ S V γ S L )
如果将式(4.4.16)与(4.4.8)比较,可得 如果将式 ) )比较,
cos θ ' r = cos θ
对于粗糙表面,r总是大于 . 对于粗糙表面, 总是大于1. 总是大于
(4.2.17)
δs.cosθ
V (a) B A S C D
θ δs δs.cosθn
VLBiblioteka (b) BC Dθn
A S
L
n.δs
注意:上述条件均是指在无外力作用下液体自动润 注意 上述条件均是指在无外力作用下液体自动润 湿固体表面的条件.有了这些热力学条件, 湿固体表面的条件.有了这些热力学条件,即可 从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行. 从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行. 但实际上却远非那么容易, 但实际上却远非那么容易,上面所讨论的判断条 均需固体的表面自由能和固一液界面自由能, 件,均需固体的表面自由能和固一液界面自由能, 而这些参数目前尚无合适的测定方法, 而这些参数目前尚无合适的测定方法,因而定量 地运用上面的判断条件是有困难的.尽管如此, 地运用上面的判断条件是有困难的.尽管如此, 这些判断条件仍为我们解决润湿问题提供了正确 的思路. 的思路.
润湿性的定义及附着功和结合功
• 不同的固定义：将面积为1cm²的纯液体拉开所做的功。
液
需做功
液
释放能量
液
•
• 两个表面积为1cm²的同种液体结合后，整个体系的自
由能减少了 WLL 2 Lg
•
如果要把这种液体分开形成两个1cm²的表面，就要
对系统做功，此功即为结合功。
W结 WLL 2 Lg
• 3、润湿接触角（Contact Angle)
润湿性的定义及附着功和结合功
一 、润湿的定义 在存在非混相流体的情况下，把某种液
体延伸或附着在固体表面的倾向性称为润 湿性。 二、附着功和结合功 （1）附着功 定义：将面积为1cm²的固液界面拉开所需 做的功。
气 бLS
液
需做功ω附
固
气
液
бLg
бSg 固
W附 Lg Sg Lg
附着功越大，液体越不容易从 固体表面上剥下来，即固体表面越 亲该液体。
• 定义：过气液固三相交点对液滴表面所做切线 与液固界面所夹的角。
• 当θ<90° 时，岩石表面亲水，水是润湿相，油
•
是非润湿相；
• 当θ>90° 时，岩石表面亲油，水是非润湿相，
•
油是润湿相；
• 当θ=90 ° 时，中性润湿；
• 当θ=180°时，岩石表面亲水。
• 4、选择性润湿
• 水在固体表面的附着功为： W附水 ow os ws
• 油在固体表面的附着功为： W附油 ow ws os
• 两式相减：
COS W附水 W附油 2 ow
• 根据润湿接触角θ的大小可以判断润湿性： θ<90° W附水>W附油 亲水、憎油 θ>90° W附水<W附油 亲油、憎水
5.2润湿与粘附
L
置一液滴于一固体表面。恒温恒压下， 若此液滴在固体表面上自动展开形成 液膜，则称此过程为铺展润湿。
S
图4.2.3液体在固体表面的铺 展
G SL LV SV (4.2.5)
精品课件
的变化，如
(4.2.6)
若S≥S L 0，/S 则 Δ G ≤G 0， 液体S可V 在固S 体 L 表面L 自V 动展开。
精品课件
V
沾浸铺
S
湿展
L S
图4.2.5固体进入液体过程
精品课件
4.2.3 非理想固体表面上的接触角 一般固体表面，由于： （l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表 面），固体表面在化学组成上往往是不均一的； （2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具 有不同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或 缺陷，其表面自由能亦可能不同； （3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想 表面，给接触角的测定带来极大的困难。
流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从 固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气 而展开。
1930年Osterhof和Bartell把润湿现象 分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。
精品课件
• 与润湿过程有关的现象
外墙涂料
景德镇青花瓷
金属和陶瓷的封接
荷叶上的水珠
精品课件
1、沾湿（图4.2.1） 图4.2.1沾湿过程
精品课件
2、浸湿（图4.2.2）
V S
L
GSLSV
图4.2.2浸湿过程
精品课件
浸湿过程引起的体系自由能的变化为
G SL SV
(4.2.3)
如W 果i用 浸 润 功G Wi 来表S示V ，则S是L
沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题[指南]
![沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题[指南]](https://img.taocdn.com/s3/m/49cc066c83d049649a6658c2.png)
沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题[指南]一、润湿作用凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。
润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。
1、沾湿液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。
(黏附功) 当WA>0时，沾湿过程才是自发的。
,,G,,，,,,,WAsglgslA固,液界面取代液,气界固,液界面取代液,气界面和气,固界面的过程面和气,固界面的过程2、铺展液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。
铺展是固气界面消失，气液界面和固液界面形成的过程。
(铺展系数) 铺展系数S>0，过程自发进行。
3、浸湿固体浸于液体中的过程称为浸湿。
此过程是固气界面被固液界面取代，气液界面无变化，此过程自由能变化为(浸润功) WI>0，过程自发进行。
二、接触角与Young方程将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，或称润湿角。
接触角常以θ表示。
,,G,,,,,,,Ssgslgsl,,G,,,,,WIsgslIγγlglg气气气气lglg,,γγ,,γγγγsgsgsgsg液液液液γγγγslsl固固固固slsl,,< 90< 90::,,> 90> 90::,,与各个界面张力与各个界面张力••接触角接触角该式称为Young方程或润湿方程。
θ越小，润湿过程越易进行。
习惯上，θ>90?, 为不润湿θ<90?, 为润湿,,,,,cos,sgsllg三.决定和影响接触角大小的一些因素1.物质的本性对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该固体上的θ也越小。
对于同一液体，固体表面能越大，θ越小。
θ反应了液体与固体表面亲和作用大小，亲和力越强越易于在表面上展开，θ越小。
2.接触角滞后现象若液体与固面无相对运动时，所形成的两个接触角是相等的即平衡接触角θe;若液体与固体发生相对运动时，则会形成两个不同的接触角。
润湿现象的名词解释
润湿现象的名词解释润湿现象是物理学中一个重要的概念，它描述了液体与固体表面接触时的现象和行为。
当一个液体接触到固体表面时，会发生润湿现象，液体会在固体表面上形成一个薄薄的液体层，从而使液体能够在固体表面上均匀地分布。
润湿现象的产生是由于液体分子与固体表面分子之间的相互作用力的结果。
液体分子会与固体表面分子发生相互作用，吸附在表面上形成一个分子层。
这种相互作用力主要有两种形式：一种是液体分子与固体表面分子之间的吸引力，称为吸附力；另一种是液体分子与固体表面分子之间的相互排斥力，称为排斥力。
在润湿现象中，如果吸附力大于排斥力，液体分子就会更容易与固体表面接触并展开分子层，形成均匀的润湿现象。
这种现象在许多生活中都有体现，比如水滴在一个平坦的表面上会展开成薄薄的水膜，形成润湿现象。
润湿现象的程度可以用接触角来描述。
接触角是指液体与固体表面上的接触线所形成的角度，它可以反映液体在固体表面上的润湿程度。
根据接触角的大小，润湿现象可以分为三种类型：完全润湿、部分润湿和非润湿。
当液体与固体表面接触时，如果接触角等于0度，说明液体完全润湿了固体表面，液体能均匀地覆盖在固体表面上，形成完全润湿现象。
这种现象常见于玻璃、金属等固体表面。
部分润湿现象指接触角大于0度但小于90度，液体只部分地润湿了固体表面。
这种现象常见于一些纺织品、木材等。
部分润湿现象的程度取决于液体与固体之间的相互作用力。
非润湿现象是指接触角等于90度，液体无法润湿固体表面，形成了一种抗润湿的现象。
这种现象常见于许多润滑材料、塑料等。
润湿现象不仅在日常生活中有重要意义，在科学研究和工程技术中也有广泛应用。
例如，在涂料、油墨、染料等工艺中，润湿性能的改善可以提高涂层的均匀性和附着力。
在纳米技术领域，润湿现象的研究有助于设计和制备具有特殊润湿性质的纳米材料。
此外，润湿现象也在生物学、医学和环境科学等领域发挥着重要作用。
总之，润湿现象是液体与固体表面相互作用的结果，液体在固体表面上形成一层薄薄的液体层，以保持均匀分布。
材料表面润湿性原理探究
材料表面润湿性原理探究润湿性是指液体在与固体接触时在表面展开的程度。
对于某些实际应用来说，如涂料、油漆或者润滑剂的施工，以及水处理和表面涂层技术等，对于材料的表面润湿性有着重要的要求。
了解润湿性的原理对于材料设计和改进有着重要意义。
润湿性主要由物理和化学因素所决定。
物理因素主要包括表面张力和粘附力，而化学因素主要包括材料表面的化学性质和液体本身的性质。
首先，表面张力是一个影响润湿性的重要因素。
表面张力是指液体分子间相互作用力所造成的使液体表面收缩的性质。
表面张力的大小直接决定了液体在固体表面上展开或者是收缩的程度。
一般来说，如果液体与固体表面之间的相互作用力较小，表面张力就较大，液体在固体表面上展开的能力就较差，反之亦然。
其次，粘附力也对润湿性有着重要的影响。
粘附力是指液体与固体之间的分子间相互作用力，其中包括范德华力、静电相互作用等。
粘附力的增加会促使液体分子更容易与固体表面发生相互作用，从而使液体更好地展开在固体表面上，提高润湿性。
另外，材料表面化学性质也会直接影响润湿性。
不同材料的化学特性会决定其与液体的相互作用。
一种常见的情况是，如果材料具有亲水性（hydrophilic），即具有与水相互作用的能力，水会更容易展开在材料表面上，具有较好的润湿性。
相反，如果材料具有疏水性（hydrophobic），即对水不易相互作用，水则会在材料表面上形成珠状，表现出较差的润湿性。
液体本身的性质也会对表面润湿性产生影响。
液体的表面张力和粘度是影响其润湿性的两个重要参数。
表面张力较大的液体往往更难润湿固体表面，而粘度较大的液体则更容易在固体表面上展开。
此外，纳米技术在改善材料表面润湿性中发挥着重要作用。
纳米材料可以通过调节表面粗糙度和形态结构来实现改善润湿性的目的。
例如，在一些应用中，如汽车漆或者玻璃表面涂层，纳米颗粒可以改变材料表面的结构，从而实现良好的润湿性。
此外，纳米材料的表面性质也可以通过化学修饰来增强润湿性。
胶体化学教案中的胶体的胶体浸润与润湿性
胶体化学教案中的胶体的胶体浸润与润湿性胶体化学是研究胶体系统的性质、结构和应用的学科。
而胶体在实际应用中的胶体浸润和润湿性是一个重要的研究方向。
本文将从胶体浸润和润湿性的定义、原理及影响因素等方面进行探讨。
一、胶体浸润的定义及原理胶体浸润是指胶体粒子与溶液或其他介质发生接触时，溶液或介质能够充分进入胶体粒子的内部。
这是由于胶体的特殊结构和表面性质所导致的现象。
胶体粒子通常由一种或多种成分组成，其中较大的一部分是固体或液体。
当溶液与胶体粒子发生接触时，溶液分子能够通过表面张力和毛细现象的作用，逐渐进入胶体内部。
这使得溶液能够与胶体相互作用并发生化学或物理变化，从而影响胶体的性质和行为。
二、润湿性对胶体浸润的影响润湿性是指液体或溶液在固体表面上的扩展和分布的能力。
润湿性对胶体浸润起着重要的影响。
在胶体化学教案中，润湿性的好坏直接影响胶体溶液在实验操作过程中的浸润效果。
润湿性越好，溶液能够更充分地进入胶体内部，从而影响胶体的性质和行为。
润湿性的好坏主要受到表面张力、界面张力以及形成角等因素的影响。
表面张力越小，液体与胶体粒子之间的相互作用力越小，溶液能够更好地进入胶体内部。
而界面张力和形成角则与胶体颗粒表面的化学性质和形状有关，不同的界面张力和形成角会对润湿性产生不同程度的影响。
在胶体化学教学中，我们需要通过实验或理论推导来研究润湿性对胶体浸润的影响。
通过调节溶液的成分、浓度以及胶体粒子的性质和形状等因素，可以实现对润湿性的调控，从而探究其对胶体浸润的影响。
三、润湿性对实际应用的意义胶体在实际应用中具有广泛的应用价值，如药物传递系统、生物传感器、涂料和油墨等。
而润湿性在这些应用中起着至关重要的作用。
良好的润湿性能够保证溶液与胶体粒子之间的充分接触，从而实现溶质的传输、反应的发生以及相应产品的形成。
而不良的润湿性则会导致溶液无法进一步进入胶体内部，影响胶体的性能与应用。
在涂料和油墨行业中，润湿性的好坏直接影响涂层的附着力、耐久性以及表面光洁度等性能。
材料表面润湿行为的科学解释
材料表面润湿行为的科学解释材料表面润湿行为广泛存在于日常生活和工业生产中，它对我们的生活和工作都有着重要的影响。
润湿是指液体在接触到固体表面时，能够展开形成连续的薄层，而不是形成水珠或者被排斥到表面上。
润湿性能是材料科学研究中重要的一部分，对于理解材料的性质和开发新的应用具有重要意义。
润湿性能取决于液体和固体之间的相互作用力。
在液体与固体接触时，液体附着在固体表面上。
这种附着是由液体分子与固体表面之间的相互作用力决定的。
液体分子与固体表面之间存在两种相互作用力：粘附力和凝聚力。
粘附力是指液体分子与固体表面之间的作用力，它使液体分子倾向于附着在固体表面上。
粘附力的大小与液体和固体之间的化学性质有关，如亲疏水性。
亲水性液体（如水）与亲水性固体（如玻璃）之间的粘附力较大，因此水能够完全展开在玻璃表面上，形成一个平整的薄层。
反之，疏水性液体（如油）与疏水性固体（如塑料）之间的粘附力较小，导致油形成水珠并滚落于塑料表面。
凝聚力是指液体分子之间的相互作用力，它使液体分子倾向于互相聚集在一起形成水珠。
凝聚力的大小与液体的表面张力有关。
表面张力是液体表面上的分子之间的相互作用力导致的一种现象。
液体分子在液体表面上受到的相互作用力不平衡，导致液体表面呈现出一种“紧绷”的状态。
这种表面张力使得液体表面能够形成水珠状，而不是完全展开在固体表面上。
除了粘附力和凝聚力之外，在润湿过程中还存在一个重要的因素，即表面能。
表面能是指材料表面上的能量状态。
表面能越高，液体分子与固体表面的相互作用力越大，润湿性能也就越好。
而表面能的大小与材料的化学性质有关，如表面活性剂的含量和分子结构等。
通过调整材料的化学性质，在一定范围内可以改变表面能的大小，从而实现对润湿性能的控制。
除了化学性质以外，材料的物理性质也会影响润湿性能。
例如，表面的粗糙度会增加润湿性能，因为粗糙表面有更多的接触点可以与液体分子相互作用。
此外，材料的疏水性也会影响润湿性能。
润湿物理化学教案中的润湿剂的润湿行为与湿润度
润湿物理化学教案中的润湿剂的润湿行为与湿润度介绍：润湿现象是物理化学中的一个重要概念，在许多领域都有广泛的应用，尤其在材料科学、化学工程和表面科学等领域中起着重要作用。
润湿剂作为实现润湿现象的关键物质，在润湿物理化学教案中具有重要地位。
本文将重点讨论润湿剂在润湿行为和湿润度方面的相关内容。
1.润湿现象的基本原理润湿是指液体与固体接触时，液体在固体表面上的传播和附着现象。
润湿剂在这一过程中起着重要作用。
基于表面张力和相互作用力的考虑，润湿行为可分为三种类型：完全润湿、不润湿和部分润湿。
2.润湿剂的分类和特性润湿剂是指能够改善液体与固体之间接触角的物质，常用于各种润湿应用中。
根据其成分和性质，润湿剂可分为有机润湿剂和无机润湿剂。
有机润湿剂通常是柔性分子结构，具有较好的扩一览性和吸附能力。
无机润湿剂则通常具有优异的耐热性和化学稳定性。
3.润湿剂的润湿行为研究方法为了更好地了解润湿剂的润湿行为，研究人员通常采用接触角测量和表面张力测定等方法。
接触角测量方法可以通过测量液滴与固体表面接触时形成的接触角大小来评估润湿性能。
表面张力测定则可以定量地衡量润湿剂与液体表面的相互作用力。
4.润湿剂的湿润度与应用领域润湿度是衡量润湿剂润湿性能的重要指标之一。
润湿剂的湿润度高，能够更好地降低液体与固体之间的接触角，实现更好的润湿效果。
润湿剂的湿润度在许多领域有着广泛应用，如印刷、油漆、纺织和涂料工业等。
5.润湿剂的优化与发展趋势随着科学技术和工业的不断发展，润湿剂的优化和改进成为研究的热点之一。
研究人员通过改变润湿剂的分子结构和反应条件，提高其润湿性能和湿润度。
同时，研究人员也在探索新的润湿剂材料和方法，以满足不同应用领域的需求。
结论：润湿剂在润湿物理化学教案中扮演着重要角色，其润湿行为和湿润度的研究对于提高润湿效果和应用效果具有重要意义。
本文通过介绍润湿现象的基本原理、润湿剂的分类和特性、润湿行为研究方法等方面的内容，对润湿剂的润湿行为与湿润度进行了综合阐述。
5.2润湿与粘附解析
V
L
S
图5.2.3液体在固体表面的铺展
G SL LV SV
(5.2.5)
润湿与粘附
对于铺展润湿，常用铺展系数SL/S来表示体系自由能的 变化，如
S L / S G SV SL LV
铺展系数也可用下式表示
(5.2.6)
若S≥0，则ΔG≤0，液体可在固体表面自动展开。
1临界表面张力测定法2利用高聚物液体或熔体的表面张力与温度的关系求固体的表面张力3估算法润湿与粘附535粘附及其化学条件固体表面的剩余力场不仅可与气体分子及溶液中的质点相互作用发生吸附还可与其紧密接触的固体或液体的质点相互吸引而发生粘附
5.2
5.2.1
润湿与粘附
润湿的类型
沾湿 浸湿 铺展
5.2.2 5.2.3
们各自的表面张力之和，这说明固一液接触时，
其粘附功总是大于零。因此，不管对什么液体 和固体沾湿过程总是可自发进行的。
2、浸湿（图5.2.2）
润湿与粘附
V S
G SL SV
L
图5.2.2浸湿过程
浸湿过程引起的体系自由能的变化为
润湿与粘附
G SL SV
(5.2.3)
(5.2.12)
根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触 角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。
润湿与粘附
从上面的讨论可以看出，同一对液体和固体，在不同的
润湿过程中，其润湿条件是不同的。对于浸湿过程， θ=90°完全可作为润湿和不润湿的界限；θ<90°，可润湿； θ>90°，则不润湿。但对于铺展，则这个界限不适用。 在解决实际的润湿问题时，应首先分清它是哪一类型，
润湿和铺展
2 利用高聚物液体的表面张力与温度的关系求固体的表 面张力
测定高聚物熔融体在不同温度下的表面张力，再外推到相当于固体 状态时的某一温度下的表面张力，即为该温度下的表面张力。
测定表面张力的方法（固体）
测定表面张力的方法（液体）
1 环法(du Noü y 法)
测定表面张力的方法（液体）
2 气泡最大压力法(应用广泛)
润湿现象
Байду номын сангаас录
表面张力
测定表面张力的方法 影响表面张力的因素 润湿现象 接触角与杨氏方程 毛细管现象 润湿热
表面张力
分子在体相内部与界面上所处的环境 是不同的，处于体相内部的分子在各 个方向上所受到的力可以彼此相互抵 消，其合力为零；而表面层中的分子 则处于力场不对称的环境中，液体内 部分子对表面层中分子的吸引力远远 大于液面上蒸汽分子对它的吸引力， 是表面层中的分子恒受到指向液体内 部的拉力，因而液体表面的分子总是 趋于向液体内部移动，力图缩小表面 积。
接触角（润湿角）
定义：当一液滴在固体表面上不完全展开时，在气液固三相会合点， 固-液界面的水平线与气-液界面切线的夹角θ，称为接触角。
接触角与杨氏方程
接触角的测量方法
（1）液滴法 用极细的的毛细管将液体滴加在固体表面2上，由幻 灯机1射出的一束很强的平行光通过液滴和双凸透镜3 将放大的像投影在幕4上，调节2,3之间的距离，使图 像清晰，然后用铅笔描图，再用量角器直接量出接触 角的大小。
若自发则
沾湿功
△G<0
W=-△G
润湿现象
浸润：气-固界面完全被固-液界面取代的过程。
△G=γsl-γs 若自发则 浸湿功 △G<0 W=-△G
润湿现象
润湿类型、作用和润湿剂的应用
3）调整剂
调节剂常常是一些控制pH和能螯合多价金属阳离子 的化合物。
pH不仅影响捕集剂的有效性，而且还影响到矿物 颗粒的荷电性。
氨水石灰、CN-及HS-离子也通常用作调节剂。
3.矿物泡沫浮选的原理
捕集剂粘附于矿石表面的机理
一类是矿石颗粒表面和捕集剂离子间有某种键合作用。 例如，浮选硫化矿石所用的黄原酸盐和浮选钙盐矿石 或赤铁矿石等所用的油酸；
6.3.2 高能表面上的自憎现象
自憎:有些有机分子在高能表面上发生吸附，形成碳 氢基朝向空气的定向排列吸附使液膜原来的高能表 面变成了低能表面，润湿临界表面张力低于液体本 身的表面张力，不能在它自身的吸附膜上铺展。
液体
表6-3 一些自憎液体在高能表面上接触角（20℃）【11】
(mN/m
θ
LV
不锈钢
图6-4 沾湿过程
体系的自由能：
GS V L VS LW a
式中，Wa为粘附功。
粘附功代表液体与固体分子间相互作用力大小的表 征。
两个液柱的接触过程中，体系的自由能降低值为：
G L VL V02L VW C
式中，WC-内聚功。
WC代表液体自身结合的牢固程度，是液体分子间相
互作用力大小的表征。
2)硬固体的部分浸湿
实质是体系的固-气界面被固-液界面部分取代的过程。
2.多孔固体表面的浸湿-渗透
附加压力
p2LVC r OS
① 当0≤θ<900时Δp>0即渗透过程可自发进
行。
② 从表面看起来γLV越大，θ越小，孔半径越
小，此过程就越易进行。
6.2.3铺展
1.液体在固体表面的铺展 该过程的实质是以固-液界面取代固-气界面，与此同 时，液体表面展开，形成新的气-液界面。
5.2.2 润湿与黏附
材料科学基础第 5 章5.2.2 润湿与黏附润湿有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）是固－液界面上的重要行为。
一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。
润湿附着润湿铺展润湿浸渍润湿种类润湿热力学定义S 与L 接触后体系的自由能↓时,称为润湿。
本质异相接触后体系表面能↘附着润湿L vS液-气固-气液体固体接触固-液过程自由能变化逆过程是将固-液界面拉开，所作的功称为粘附功W。
（拉开单位截面所作的功）LS V γSV γLVW值越大，固-液界面结合越牢，附着润湿越强。
γSL越小，W越大，液体越易沾湿固体。
W≥0，ΔG TP≤0，附着润湿过程可自发进行。
V LS一滴液体滴在固体表面，恒温恒压下，液滴在固体表面上自动展开形成液膜，称为铺展润湿。
一滴液体滴在固体表面忽略液体的重力和粘度影响，其形状由三个界面张力决定：通过液体在固体表面上接触角θ大小可判断液体对固体的润湿性能。
θ越小，润湿能力越强。
θ＜90° 润湿θ＞90°不润湿θ＝0°完全润湿θ润湿角润湿张力F润湿的先决条件是γSV ＞γSL或者γSL很小。
硅酸盐熔体在氧化物固体上θ小，可完全润湿。
金属熔体与氧化物之间θ＞90°，不润湿。
浸渍润湿固体浸入液体固-气液-气固-液液-气SVLγSV ＞γSL过程自发进行γSV < γSL必须做功表面粗糙度对润湿的影响ABSLV C Dδs.cosθδsθ固-液界面扩大固体表面减少液-气界面增加真实接触角θSLV C D δs.cosθnn.δsθnBA 真实面积扩大、减少液-气界面增加表观接触角θn表面粗糙度系数（＞1）θ＜90°，粗糙度越大，越易润湿；θ＞90°，粗糙度越大，越不利润湿。
润湿小结润湿三种润湿共同点L 将V 从S 表面排开，使S-V 和L-V 界面消失，代以S-L 界面。
解决实际问题首先确定润湿的类型润湿程度取决于γSV 、γSL 、γLV 的相对大小。
润湿作用
润湿作用关键词：表面张力比表面能第一节润湿作用润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。
一、表面张力与表面过剩自由能表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。
液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。
以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。
由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。
液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。
由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。
图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同图1-2表面张力实验示意图图1－2是表面张力实验的示意图。
Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。
将框架直立于液体中，AB边也被浸没。
缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。
随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。
设：当AB边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。
ι越长，F值越大。
因此，在A B边上，单位长度液面上受的力为：F=γ·2ι（1-1）比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。
表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。
某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。
润湿的名词解释
润湿的名词解释润湿（wetting）是指液体在固体表面上的扩展或薄膜形成过程。
当液体与固体接触时，它可能与固体表面发生相互作用。
这种相互作用决定了液体能否扩展并与固体表面形成均匀的薄膜。
润湿现象在各个领域都有重要应用，如化工、材料科学、医疗、涂料等，因此值得我们深入探讨。
一、润湿的原理润湿现象是由固体表面张力和表面能的不平衡引起的。
固体表面具有一定的亲水性或疏水性，而液体也具有相应的性质。
润湿程度是由液体与固体之间的相互作用力决定的。
液体在固体表面上如果能够形成一层均匀的薄膜，就称为润湿。
液体的润湿性由接触角来衡量，接触角是液滴与固体表面之间的夹角。
接触角大于90度表示润湿性差，小于90度则表示润湿性好。
当液体完全扩展在固体表面上时，接触角为零度。
润湿是液体与固体之间相互作用力的平衡结果。
当液体与固体之间的相互作用力大于液体本身的内聚力，液体将扩展在固体表面上。
相反，如果液体内聚力大于与固体表面的相互作用力，液体将形成球形，不润湿固体。
二、润湿在化工领域的应用润湿现象在化工领域有着广泛的应用。
一方面，润湿性好的液体可以更好地扩展在固体表面上，提高涂层的质量。
涂料行业中，润湿性好的液体可以均匀地附着在墙面、金属表面等各种材料上，使其具有更好的防护性能。
另一方面，润湿性差的液体可以被应用于油水分离等领域。
油与水具有较大的亲疏性差异，因此在油水混合物中，润湿性差的液体可以与其中的油分离开，从而实现分离纯净的水。
三、润湿在医疗领域的应用润湿现象在医疗领域也有重要应用。
例如，在手术中，医生需要保持手术器械的清洁，并确保液体能够均匀扩展在器械表面上。
润湿性好的液体可以实现这一目标，使手术操作更加顺利。
另外，润湿性好的液体也可用于眼药水等医药制剂中。
眼药水需要与眼球表面充分接触，并迅速渗透，以达到治疗效果。
润湿性好的液体可以更好地与眼球表面发生作用，提高药物吸收效率。
四、润湿在材料科学领域的应用在材料科学领域，润湿性是表征材料表面性质的重要指标。
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粘湿：
Wa G LV (1 cos ) 0
（5.2.10）
180
浸湿：
0
Wa 0
（5.2.11）
Wi G LV cos 0
90
0
Wi 0
润湿与粘附 铺展：
S G LV (cos 1)
其中，θ=0或不存在，S≥0 。
润湿与粘附
（l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面）， 固体表面在化学组成上往往是不均一的； （2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有 不同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺 陷，其表面自由能亦可能不同； （3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表 面，给接触角的测定带来极大的困难。 本节主要讨论表面粗糙度和表面化学组成不均匀对接 触角的影响。
5.2
5.2.1
润湿与粘附
润湿的类型
沾湿 浸湿 铺展
5.2.2 5.2.3
接触角和 Young方程 非理想固体表面上的接触角
表面粗糙度的影响 组合表面 吸附膜
5.2.4 测定固体表面张力的方法 5.2.5 粘附及其化学条件
润湿与粘附
5.2.1 润湿的类型
润湿是一种流体从固体表面置换另一种流 体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固 体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而
(5.2.12)
根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触 角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。
润湿与粘附
从上面的讨论可以看出，同一对液体和固体，在不同的
润湿过程中，其润湿条件是不同的。对于浸湿过程， θ=90°完全可作为润湿和不润湿的界限；θ<90°，可润湿； θ>90°，则不润湿。但对于铺展，则这个界限不适用。 在解决实际的润湿问题时，应首先分清它是哪一类型，
(5.2.8)
这就是著名的Young方程。式中γSV和γLV是与液体的饱和蒸 气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。
V
SV SL cos LV
γLV θ
润湿与粘附
L S
γSL
γSV
图5.2.4液滴在固体表面的接触角
润湿与粘附
接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件 式，即可得：
如果用浸润功Wi来表示，则有：
Wi G SV SL
(5.2.4)
若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。
浸湿过程与粘湿过程不同，不是所有液体和固体
均可自发发生浸湿，而只有固体的表面自由能比
固一液的界面自由能大时浸湿过程才能自发进行。
3、铺展（图5.2.3）
润湿与粘附
置一液滴于一固体表面。恒温恒压下， 若此液滴在固体表面上自动展开形成 液膜，则称此过程为铺展润湿。
V
L
S
图5.2.3液体在固体表面的铺展
G SL LV SV
(5.2.5)
润湿与粘附
对于铺展润湿，常用铺展系数SL/S来表示体系自由能的 变化，如
S L / S G SV SL LV
铺展系数也可用下式表示
(5.2.6)
若S≥0，则ΔG≤0，液体可在固体表面自动展开。
v
ΔG≤0， 沾湿过程 可自发进行
S
和一个L-V界面。
(5.2.1)
SL SV LV
润湿与粘附
沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾
湿的粘附功Wa为
(5.2.2) 从式（4.4.2）知γSL越小，则Wa越大，液体越 易沾湿固体。若Wa≥0， 则（ΔG）TP≤0，沾湿 过程可自发进行。固一液界面张力总是小于它
过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，上面
所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面 自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而定量 地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些判断 条件仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。
5.2.2 接触角和 Young方程
润湿与粘附
将液滴（ L）放在一理想平面（ S）上（如图 5.2.4 ），
S SV LV SL 2 LV Wa Wc
Wc是液体的内聚功。 Wa为粘附功,
(5.2.7)
从上式可以看出，只要液体对固体的粘附功大于液体 的内聚功，液体即可在固体表面自发展开。
润湿与粘附
注意:
上述条件均是指在无外力作用下液体自动润湿固体表面的 条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个润湿
然后才可对其进行正确的判断。如图5.2.5所示的润湿过程，
从整个过程看，它是一浸湿过程。但实际上它却经历了三个 过程：（a）到（b）为沾湿，（b）到（c）为浸湿，（c） 到（d）为铺展。
润湿与粘附
V
铺 沾 浸 湿 展
S
L
S
图5.2.5固体进入液体过程
5.2.3 影响润湿的因素
一般固体表面，由于：
展开。(使体系的Gibbs自由能降低）
1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成
沾湿、浸湿和铺展三种类型。
与润湿过程有关的现象
外墙涂料
景德镇青花瓷
荷叶上的水珠5.2.1）
图5.2.1沾湿过程
L
润湿与粘附
不管对什么液体和固 体沾湿过程总是可自 发进行的。 结果：产生一个S-L界 面，消失一个S-V界面
如果有一相是气体，则接触角是气一液界面通过液体而与固
一液界面所交的角。 1805 年， Young 指出，接触角的问题 可当作平面固体上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三 个作用力达到平衡时，应有下面关系
SV SL LV cos
或
SV SL cos LV
们各自的表面张力之和，这说明固一液接触时，
其粘附功总是大于零。因此，不管对什么液体 和固体沾湿过程总是可自发进行的。
2、浸湿（图5.2.2）
润湿与粘附
V S
G SL SV
L
图5.2.2浸湿过程
浸湿过程引起的体系自由能的变化为
润湿与粘附
G SL SV
(5.2.3)
1、表面粗糙度的影响
δs.cosθ
V (a) B C D
润湿与粘附
三相相交点沿固体表面由A 到B，相界面面积会发生变 化，进而界面能变化。根 据热力学原理，当系统处 于平衡时，界面位置的少 许移动引起的界面能变化 为零。