接触角的滞后现象
沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题[指南]
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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。
文献翻译-接触角的应用和测量技术
文献翻译-接触角的应用和测量技术附录外文文献翻译本文将简要介绍接触角的应用和测量技术。
主要讨论并比较了这两种测量技术。
什么是接触角？接触角θ是用来定量表征液体对固体的润湿性。
如下面的几何图形所示，接触角是由固体、液体、气体三相边界组成的，有液体一侧到固体部分的角度。
从图中可以看出：接触角θ的值小，则表明液体铺展或者润湿性好。
而接触角θ的值较大，则表明润湿性较差。
如果接触角θ小于90度，也就是说，液体浸润固体，如果接触角的值大于90度，就是说不浸润，而0度接触角表明完全润湿。
用一个单独的静态接触角来表征界面间的相互影响还不是太充分。
对于任意给定的液固界面，总可以一系列存在的接触角。
人们发现，静态接触角的值取决于液固界面的相互影响。
人们把液滴铺展的接触角称为“前进接触角”，而把缩小的接触角称为“后退接触角”。
前进接触角接近于最大值，后退接触角接近于最小值，而这一系列角的值就在这最大值和最小值之间。
在实际运动中，三相(液体、固体、气体)边界产生的角称为动态接触角，也可以指“前进的”和“后退的”的角。
“前进的”和“在前进的”或“后退的”和“在后退的”区别在于在静态运动的开始实际上是动态的。
动态接触角是在各种比率的速度下测定的，在较低的速度下测定的动态接触角应该是静态接触角相等。
滞后现象最大的（前进的/在前进的）和最小的（后退的/在后退的）接触角之间的差值就是接触角的滞后现象。
已经有大量的研究分析了接触角滞后现象的意义。
它通常用来表征表面的多向性、粗糙性和活性。
简而言之，对于不均匀的表面，在表面上出现阻碍接触线移动的区域。
对于化学多向性这种情况，这些区域指的是比周围表面有不同接触角的区域。
下面以水润湿为例，当液体前进而接触角的增加，憎水区域将锁定接触线。
当水从亲水区域退湿时，将阻碍接触线的移动，而减小接触角。
从这些分析中可以看出，用水测试时，前进接触角对憎水区敏感，而后退接触角表征了表面亲水区的特征。
表面粗糙性产生接触角的滞后现象，在这种情况下，显微镜的实际倾斜度的变化在固体表面产生了障碍。
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。
沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题
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。
Asl sg A W G =-+=∆-γγγlg （黏附功）当W A>0时，沾湿过程才是自发的。
固－液界面取代液－气界面和气－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。
SG sl gs s =--=∆-γγγlg （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Isl sg I W G =-=∆-γγ（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。
γθ< 90︒θ> 90︒•接触角θ与各个界面张力θγγγcos lg =-sl sg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。
较大的θa 称为前进接触角，较小的θr 称为后退接触角。
这种θa ＞θr 的现象称为接触角滞后。
影响接触角测定的因素讲解
d 1/ 2 sg
d 在上式中，若γlg，及 gl 已知，通过实验测得△Hi，便可求 d d sg ， 而对非极性固体 sg sg
润湿作用的其他应用举例
润湿作用的其他应用举例 1、金属焊接 金属焊接时，应选择粘附功Wa大的焊剂，除此之外，还 应选择一些配合溶剂以除去金属表面的氧化膜，这种溶剂应 既能溶解氧化膜又能润湿金属，同时，又要能被焊剂从金属 表面顶替出来，从而使焊剂在金属表面铺展，如松香就具备 上述性能而作为常用的焊接溶剂。 2、滴状冷凝 若将一般暖气管内壁改 为憎水表面，则水蒸气在管内凝成液 滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换 率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上 问题。
固体的润湿性质
基体性质关系不大。因此，当表面层的基团相同时不管基 体是否相同，其γ c 大致相同。 3、高能表面的自憎现象 虽然许多液体可在高能表面上铺展，如煤油等碳氢化合 物可在干净的玻璃，钢上铺展，但也有一些低表面张力的 液体不能在高能表面上铺展。 出现这种现象的原因在于这些有机液体的分子在高能表 面上吸附并形成定向排列的吸附膜，被吸附的两亲分子以 极性基朝向固体表面，而非极性基朝外排列从而使高能表 面的组成和结构发生变化。即从高能表面变成低能表面，
固体的润湿性质
当低能表面的γc小于液体的γlg值时，这些液体便不能在 自身的吸附膜上铺展，这种现象叫做自憎现象。 可利用自憎现象改变固体表面的润湿性，如常用一些有自 憎现象的油作为一些精密机械中轴承的润滑油，因为这样做 可以防止油在金属零件上的铺展而形成油污。 4 表面活性剂对润湿性的影响 可利用表面活性剂以改变体系润湿性质，这主要是从改变液 体的表面张力入手。通过表面活性剂在界面上的吸附而使液体 表面张力下降到能在固体表面上铺展。
接触角滞后值 和摩擦系数
接触角滞后值和摩擦系数1. 引言1.1 什么是接触角滞后值接触角滞后值是指液滴在固体表面上扩展或收缩时所表现出的一种特性。
当液滴在固体表面上移动时，液滴的前沿和后沿之间存在一定程度的滞后现象，即前沿的移动速度会比后沿的移动速度快，导致液滴形成一个略微倾斜的角度。
这种现象被称为接触角滞后值。
接触角滞后值的大小取决于液滴和固体表面之间的相互作用力以及表面的粗糙程度。
通常情况下，当液滴与固体表面之间的相互作用力增大时，接触角滞后值也会随之增加。
而当表面粗糙度增加时，液滴在表面上移动时的摩擦力也会增加，导致接触角滞后值增大。
研究接触角滞后值可以帮助我们更好地理解液滴在固体表面上的行为，从而优化液体传输系统的设计以及表面润湿性的调节。
在工程领域中，接触角滞后值的研究也具有重要意义，可以为润滑油润滑、表面涂层设计等领域提供理论支持和实践指导。
1.2 什么是摩擦系数摩擦系数是描述两个接触表面之间摩擦性质的物理量。
它是一个无量纲的数值，表示了物体在相互接触时受到的摩擦力大小与其受到的压力大小之比。
摩擦系数通常用希腊字母μ表示。
在干燥表面的情况下，摩擦系数通常会随着表面粗糙度增加而增加。
而在润滑油润滑的情况下，摩擦系数通常会降低。
摩擦系数是物体在相互接触时所受到的阻力的重要指标，对于工程设计和实际应用具有重要意义。
通过对摩擦系数的测量和分析，可以更好地理解物体之间的运动和相互作用规律，为减少能量损耗、提高机械效率等方面提供有力的支持。
研究摩擦系数的影响因素以及如何有效地调控摩擦系数具有重要的理论和实践意义。
【接着可以展开讨论影响摩擦系数的因素等内容】。
2. 正文2.1 影响接触角滞后值的因素影响接触角滞后值的因素有很多，其中最主要的包括表面粗糙度、表面润湿性、接触液体性质、接触时间和接触力等因素。
表面粗糙度会直接影响接触角滞后值，粗糙表面的接触角滞后值通常会比光滑表面更大。
这是因为粗糙表面会导致接触点的形变增多，从而增加了接触面积，使得液滴在表面上停留的时间延长，最终影响了接触角滞后值的测定。
动态接触角及接触角滞后的测量
动态接触角及接触角滞后性的测量用座滴法测量动态接触角有二种基本的方法：1) 加液/减液法就是在形成液滴后，再继续以很低的速度往液滴加入液体，使其体积不断增大。
开始时，液滴与固体表面的接触面积并不发生变化，但接触角渐渐增大。
当液滴的体积增大到某一临街值时，液滴在固体表面的三相接触线发生往外移动，而在发生移动前瞬间的接触角，被称为前进角。
在此之后，接触角基本保持不变。
反之如果从一形成的液滴不断地以很低的速度把液体移走，使其体积减小。
开始时，液滴与固体表面的接触面积也并不发生变化，但接触角渐渐减小。
当液滴的体积减小到一定值时，液滴在固体表面的固/液/气三相接触线开始往里移动。
在发生这一移动前夕的接触角，就是后退角。
在此之后，接触角也应基本保持不变。
1）加液/减液法测量前进/后退接触角在运用这一方法时，必须注意以下几点：∙体积变化的速度应足够低，尽量保证液滴在整个过程有足够的时间来松弛，使得测量能在准平衡下进行。
∙由于这一过程中一般都有针头/毛细管的卷入以加入/移走液体，针头/毛细管的直径一定要（与液滴相比）足够小，使液体在针管/毛细管外壁上的润湿不会对液滴在固体表面的接触角产生影响。
这一点尤其是对后退角的测量更为突出，否则测得的值将严重偏离真实值。
∙同样由于过程中针头/毛细管的卷入，使得液滴一般不再呈现中心轴对称，也不再能被看作是圆或椭圆的一部分，所以基于Young-Laplace或圆或椭圆方程式的计算方法都将遇到困难，带来较大误差。
此时一般使用广义切线法，但此方法往往对少量的背景噪音较敏感。
2) 倾斜板（tilting plate）法将一足够大体积的液滴置于待测的样品表面后，把样品表面朝一方缓慢、不断地倾斜。
当开始时液滴不发生移动，而只是其中的液体由后方向前方转移，使得前方的接触角不断增大，而后方的不断缩小。
当倾斜到一定角度时，液滴开始发生滑动。
发生滑动前夕液滴的前角就是前进角，后角则为后退角。
2）倾斜板（tilting plate）测量前进/后退/起始滚动角倾斜板法有二种实现方法：∙整体倾斜法：将整套测量仪置于摇篮状的倾斜架上，让包括摄像机，光学镜头，样品台，样品和光源等组件的整套仪器同时倾斜。
影响接触角测定的因素讲解
固体的润湿性质
可得一很好的直线，将直线外推至COSθ=1处（θ=0）， 相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力，称为 γc、γc表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在 该固体上自行铺展，即S=0，若为非同系列液体，以 COSθ对γgl 作图通常也显示线性关系，将直线外推至 COSθ=1处，亦可得γc。 γc是表征固体表面润湿性的经验参数，对某一固体而 言，γc越小，说明能在此固体表面上铺展的液体便越少， 其可润湿状越差（即表面能较低）。 从实验测得各种低能表面的γc值，并总结出一些经验律：
影响接触角测定的因素
除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞 后和吸附作用。 （1）接触角滞后 ①前进接触角和后退接触角 前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前 进接触角θA，如将固体板插入液体中；后退接触角则相反， 即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角，用 θR表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可形成前进接触角和后 退接触角。 ②接触角滞后及原因 指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后（θA-θR）
2、影响接触角测定的因素
• 前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时 应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定， 当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角 称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的 液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘 度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的 体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因 此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可 能与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是， 平衡时间的影响一般是单方向的，而温度的波动可 能造成γ的升高或降低。
显然，r越大，表面越不平，这时，应用润湿方程 ' ' r cos , lg 时应加以粗化较正， sg sl 为粗糙表面 上的接 触角，将上式与无粗化的润湿方程相比可得 cos ' r cos
材料表界面-第四章
如图所示，在平衡状态下有： SLrdS＋ LGdS cosqW SGrdS 0
cosq W
r( SG SL ) LG
r cosq y
(5-22)
式中θy为Young接触角，上式叫做Wentzel方程。它表明粗糙表面的 cosθw的绝对值总比平滑表面的cosθy大。
cosq W
r( SG SL ) LG
在相的交界处存在着能垒，液体的前沿往往停留在相的交界处。 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。
4.3 接触角的滞后现象
4.3.4 表面污染
无论是液体或是固体的表面，在污染后都会引起滞后现 象。 表面污染往往来自液体和固体表面的吸附作用，从而使 接触角发生显著变化。 影响接触角的因素十分复杂，所以在测定时，要尽可能 控制测定环境的温度、湿度、液体的蒸气压、固体表面的 清洁度和粗糙度等因素。
若界面张力L1/L2已知，液体与纤维之间存在接触角qL1/L2，则： P = 2rL1/L2 cosqL1/L2 因此，测定P可求出纤维在L1／L2界面的接触角qL1/L2。
4.2 接触角的测定方法
• 停滴法 • 吊片法 • 电子天平法
决定和影响接触角大小的因素
1.物质的本性 (1)液体与固体表面性质差别越大接触角越大。 (2)在同一固体上液体的表面张力越大，接触角越大。
4.2 接触角的测定方法
3. 电子天平法
➢如果液体完全润湿纤维，则 P = 2rL 式中r为纤维半径。
若选用半径已知金属纤维，使液体能够完全润湿纤维，则测出 P，即可求出液体的表面张力L。
➢如果液体与纤维之间的接触角为q，则有 P = 2rLcosq
关于接触角滞后现象的教学设计探讨
关于接触角滞后现象的教学设计探讨作者：屈钧娥王海人曹志勇来源：《广西教育·C版》2017年第01期【摘要】本文介绍接触角滞后现象的主要教学内容，并对本节内容的教学方法进行探讨，提出采用讲解课本知识、介绍科研实例以及穿插科教视频的模式来开展教学，在理论联系实际的基础上对知识点进行讲解。
【关键词】接触角滞后多元化教学理论联系实际【中图分类号】G 【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2017）01C-0148-02材料表界面课程是我校材料化学专业开设的专业选修课，使用教材为华东理工大学出版社出版的《材料表界面》（第二版）。
主要包括两大部分内容：第一部分是表界面化学知识，包含液体界面、固体表面、固液界面以及表面活性剂四章内容。
第二部分为四大类材料，即高分子材料、金属材料、无机非金属材料以及复合材料在应用中涉及的基本表界面问题。
固液界面一章中“接触角滞后现象”知识点与很多生活现象密切联系，其中介绍的Wenzel方程和Cassie 方程是目前功能材料开发热点领域，即超浸润表界面材料领域的理论基础。
为了将理论联系实际，达到学以致用的最终目的，本部分知识点的教学采用讲解课本知识、介绍科研实例以及穿插科教视频的多元化教学模式来完成，取得了较好的教学效果。
一、基本知识的介绍基础知识学习中第一部分内容为滞后现象中前进角、后退角，以及最大前进角和最小后退角四个基本概念的理解。
在播放Flash动画实例演示向液滴里面增加和减少液体量时，液体边界面以及液体体积变化过程的基础上，对上述四个概念进行了解释。
并在理解概念的基础上介绍了斜坡法测量最大接触角和最小后退角的方法。
滞后现象的原因剖析为第二部分知识要点。
滞后现象的主要原因为：固体表面的粗糙度；固体表面的不均匀性和多相性；固体表面的污染。
通过图解和公式推导相结合的教学方法引入了Wenzel方程Cosθw= rCosθy（θw为Wenzel接触角，r为表面粗超度系数，θy为杨氏接触角），和Cassie方程Cosθc= f1Cosθ1+f2cosθ2（f1和f2为第1种和第2种物质的面积分数，θ1和θ2为液体在第1种和第2种物质表面上的真实接触角）。
接触角测试技术及粗糙表面上接触角的滞后性Ⅱ粗糙不锈钢表面接触角的滞后性
co sθA
= cosθY
-
f max
σL G
,
co sθR
= cosθY -
f min
σL G
(2)
式中 f max和 f min分别是最大和最小滞后张力. 在纯势垒效应下 ,即在表面凹槽内没有集气
的非复合表面
f max = - f min = f > 0
(3)
所以
co sθA
=
co sθY
-
2. 2 结果比较
为检验测试数据的准确性 ,本文和 Schulze 等[30 ]提出的经验式进行比较. Schulze 等
认为 ,前进接触角 、后退接触角与表面粗糙度 (表示为滞后性Δθ) 之间存在线性经验式
θA = θY + A A ·Δθ, θR = θY + A R ·Δθ
(1)
用最小二乘法拟合本实验中测量的实验数据 ,结果见表 2 ,线性率很高.
处于饱和状态. 测试单元内部有平台 ,可控制
样品 的 水 平. 图 像 采 集 部 分 包 括 WA T2
505 EX CCD 摄像头 、Matrox Pulsar 高速图像
采集卡 、Olympus SZ1145CTV 立体显微镜组
成. CCD 摄像头与立体显微镜相连 ,将显微
镜放大 后 的 图 像 通 过 视 频 传 输 到 图 像 采 集
度是符合实际的.
图 4 去离子水的滞后性比较 Fig. 4 Hysteresis of deionized water
图 5 二甘醇的滞后性比较 Fig. 5 Hysteresis of diet hylene glycol
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影响接触角测定的因素
固体的润湿性质
基体性质关系不大。因此，当表面层的基团相同时不管基 体是否相同，其γ c 大致相同。 3、高能表面的自憎现象
虽然许多液体可在高能表面上铺展，如煤油等碳氢化合 物可在干净的玻璃，钢上铺展，但也有一些低表面张力的 液体不能在高能表面上铺展。
出现这种现象的原因在于这些有机液体的分子在高能表 面上吸附并形成定向排列的吸附膜，被吸附的两亲分子以 极性基朝向固体表面，而非极性基朝外排列从而使高能表 面的组成和结构发生变化。即从高能表面变成低能表面，
影响接触角测定的因素
实践表明，前进角一般反映与液体亲合力较弱的那 部分固体表面的润湿性，因此，θA较大（COSθ 小），而后退角反映与液体亲合力较强的那部分固 体表面的性质，因此，θR较小。对于一些无机固体， 由于表面能较高，固而极易吸附一些低表面能的物质 而形成复合表面，因此，造成液体对这种复合表面形 成的接触角滞后现象，可见，欲准确测定一种固体的 接触角，必须保证固体表面不受污染。
1/ 2
Gi sl sg
gl 2
d d gl sg
1/ 2
Hi
Gi gl 2
d d gl sg
1/ 2
在上式中，若γlg，及
d sg
， 而对非极性固体
d已知，通过实验测得△Hi，便可求
gl d
sg
sg
润湿作用的其他应用举例
润湿作用的其他应用举例 1、金属焊接 金属焊接时，应选择粘附功Wa大的焊剂，除此之外，还
γc是表征固体表面润湿性的经验参数，对某一固体而 言，γc越小，说明能在此固体表面上铺展的液体便越少， 其可润湿状越差（即表面能较低）。 从实验测得各种低能表面的γc值，并总结出一些经验律：
固体的润湿性质
接触角和滚动角的关系
接触角和滚动角的关系
接触角和滚动角是描述液体对固体表面的浸润程度的两个重要参数。
接触角是指气液界面的切线与固液界面之间（包含液体部分）的夹角。
滚动角是固液-界面扩展后测量的接触角（前进角）与在固液界面回缩后的测量值（后退角）之间存在的差别。
前进角往往大于后退角，两者之间的差值叫做滚动角。
滚动角的大小也代表了一个固体表面的接触角滞后现象。
滚动角和接触角都是描述液体对固体表面浸润程度的参数，但它们所反映的方面略有不同。
滚动角主要关注液体在固体表面上的滚动行为，而接触角则主要关注液体对固体表面的接触状态。
影响接触角测定的因素
固体的润湿性质
①固体的润湿性与分子的极性有关，极性化合物的可润湿性 明显优于相应的完全非极性的化合物（如纤维素的γc=40～45， 而聚乙烯为31）。
的润湿程度随液体表面张力的降低而提高（γ ↓ ， θ ↑ ，COSθ ↑，S=γ gl(COSθ -1)若以COSθ 对γ gl
作图，
固体的润湿性质
可得一很好的直线，将直线外推至COSθ=1处（θ=0）， 相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力，称为 γc、γc表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在 该固体上自行铺展，即S=0，若为非同系列液体，以 COSθ对γgl 作图通常也显示线性关系，将直线外推至 COSθ=1处，亦可得γc。
2、影响接触角测定的因素
• 前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时 应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定， 当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角 称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的 液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘 度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的 体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因 此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可 能与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是， 平衡时间的影响一般是单方向的，而温度的波动可 能造成γ的升高或降低。
和
液体浸润过程中的热效应。
同接触角一样，润湿热的数值也可以作为固液体系
润湿性能的表征，在△S>0的场合，采用润湿热数据
作为表征更有现实意义。
由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。
接触角的滞后现象
4.5,接触角的滞后现象
通过本节的学习我们将： （1）了解什么是接触角的滞后现象 （2）了解迫使液滴表界面产生接触角滞后现象的影响因素 级相关概念。
知识回顾： （1）什么是接触角？ （2）Young方程的具体内容。
谢谢大家
4.5.1，前进角与后退角
（1）什么是前进角？，什么是后退角？ 概念： 往处在粗糙或者不均匀表面上的液滴中滴加 （或者抽取）少量液体时使液滴变高（或者更 加平坦）时周界不动由于液滴的增加（或减 少），而使液滴接触角产生偏差。这时的接触 角称为前进角（或后退角） （2）为什么会产生前进角和后退角？
值得注意的是： （1）前进角和后退角都是接触角的一种特殊的情况， 并不是一个单独的概念。 （2）前进角和后退角的产生一般只发生在液滴的量 发生变化到液滴发生蠕动为止的过程中。 （3）当表界面足够光滑，无论液滴的量如何变化， 液滴的接触角将一直保持不变。 思考一下: 在表界面粗糙的时候，我们观察到了接触角的变化那 也就是说表面的不光滑引起了接触角的什么现象？
2，由表面不均匀性和多相性引起的滞后：
固体表面的不均匀性或多相性也是接触角的原因。在相的 存在能垒，液体的前沿往往停留在相的交界处。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。
对于由两种湿润性质不同的小片组成的复合表面，设其面 积分数分别为f1与f2,则有如下关系：
cosAc= f1cosA1+f2cosA2 (Cassie方程)
cosAc复合表面的表观接触角；
影响接触角测定的因素
• 前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时 应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定， 当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角 称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的 液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘 度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的 体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因 此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可 能与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是， 平衡时间的影响一般是单方向的，而温度的波动可 能造成γ的升高或降低。
第七页，编辑于星期五：八点 十三分。
固体的润湿性质
（1）表面张力大于100mN/m者称为高能固体，这些 固体易被液体所润湿，如无机固体、金属及其氧 化物等。
（2）表面张力低于100mN/m者称为低能固体，这类 固体不易被液体所润湿，如有机固体、高聚 物 固体。 一般的无机物固体（陶瓷、金属等）的表面能约 在500～5000mN/m，其数值远远大于一般液体的 表面张力，因此，液体与这类固体接触后，使固 体表面能显著降低。
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影响接触角测定的因素
除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞
后和吸附作用。
（1）接触角滞后
①前进接触角和后退接触角
前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前 进接触角θA，如将固体板插入液体中；后退接触角则相反，
即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角，用
由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。
Gi
sl
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H i
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Gi T
P
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润湿热
另一方面，根据Fowkes关系式
动态接触角及接触角滞后的测量
动态接触角及接触角滞后性的测量用座滴法测量动态接触角有二种基本的方法：1) 加液/减液法就是在形成液滴后，再继续以很低的速度往液滴加入液体，使其体积不断增大。
开始时，液滴与固体表面的接触面积并不发生变化，但接触角渐渐增大。
当液滴的体积增大到某一临街值时，液滴在固体表面的三相接触线发生往外移动，而在发生移动前瞬间的接触角，被称为前进角。
在此之后，接触角基本保持不变。
反之如果从一形成的液滴不断地以很低的速度把液体移走，使其体积减小。
开始时，液滴与固体表面的接触面积也并不发生变化，但接触角渐渐减小。
当液滴的体积减小到一定值时，液滴在固体表面的固/液/气三相接触线开始往里移动。
在发生这一移动前夕的接触角，就是后退角。
在此之后，接触角也应基本保持不变。
1）加液/减液法测量前进/后退接触角在运用这一方法时，必须注意以下几点：∙体积变化的速度应足够低，尽量保证液滴在整个过程有足够的时间来松弛，使得测量能在准平衡下进行。
∙由于这一过程中一般都有针头/毛细管的卷入以加入/移走液体，针头/毛细管的直径一定要（与液滴相比）足够小，使液体在针管/毛细管外壁上的润湿不会对液滴在固体表面的接触角产生影响。
这一点尤其是对后退角的测量更为突出，否则测得的值将严重偏离真实值。
∙同样由于过程中针头/毛细管的卷入，使得液滴一般不再呈现中心轴对称，也不再能被看作是圆或椭圆的一部分，所以基于Young-Laplace或圆或椭圆方程式的计算方法都将遇到困难，带来较大误差。
此时一般使用广义切线法，但此方法往往对少量的背景噪音较敏感。
2) 倾斜板（tilting plate）法将一足够大体积的液滴置于待测的样品表面后，把样品表面朝一方缓慢、不断地倾斜。
当开始时液滴不发生移动，而只是其中的液体由后方向前方转移，使得前方的接触角不断增大，而后方的不断缩小。
当倾斜到一定角度时，液滴开始发生滑动。
发生滑动前夕液滴的前角就是前进角，后角则为后退角。
2）倾斜板（tilting plate）测量前进/后退/起始滚动角倾斜板法有二种实现方法：∙整体倾斜法：将整套测量仪置于摇篮状的倾斜架上，让包括摄像机，光学镜头，样品台，样品和光源等组件的整套仪器同时倾斜。
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2，由表面不均匀性和多相性引起的滞后：
固体表面的不均匀性或多相性也是接触角的原因。在相的 存在能垒，液体的前沿往往停留在相的交界处。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。
对于由两种湿润性质不同的小片组成的复合表面，设其面 积分数分别为f1与f2,则有如下关系：
4.5,接触角的滞后现象
通过本节的学习我们将： （1）了解什么是接触角的滞后现象 （2）了解迫使液滴表界面产生接触角滞后现象的Байду номын сангаас响因素 级相关概念。
知识回顾： （1）什么是接触角？ （2）Young方程的具体内容。
4.5.1，前进角与后退角
（1）什么是前进角？，什么是后退角？ 概念： 往处在粗糙或者不均匀表面上的液滴中滴加 （或者抽取）少量液体时使液滴变高（或者更 加平坦）时周界不动由于液滴的增加（或减 少），而使液滴接触角产生偏差。这时的接触 角称为前进角（或后退角） （2）为什么会产生前进角和后退角？
4.5.2 迫使液滴产生产生滞后现象的影响因素：
（1）表面粗糙。 涉及概念： 1，表面粗糙度：r = A/A' A表示真正表面积，A'表示表观表面积： 公式：处于平衡状态有， Kslrds + KlgdscosBw - Ksgrds =0 K表示 表面张力，rds表示表面积的增量。 思考：该方程怎么来的？ 变式： cosBw=r(Ksg-Ksl)/Klg=rcosBy 值得注意的是：在第一节中我们知道young方程如下： Ksg=Ksl+Klgcosa 它表示的是液滴表面张力的一种平衡；
cosAc= f1cosA1+f2cosA2 (Cassie方程)
cosAc复合表面的表观接触角；
近似方程： cosAc=1/2(cosAa+cosAr)
4.5.4
表面污染
表面污染是最常见的接触角滞后的原因之一，无论是液 体还是固体的表面，在污染后都会引起滞后现象。 表面污染往往来自液体和固体表面的吸附作用，从而使 接触角发生变化。
谢谢大家
值得注意的是： （1）前进角和后退角都是接触角的一种特殊的情况， 并不是一个单独的概念。 （2）前进角和后退角的产生一般只发生在液滴的量 发生变化到液滴发生蠕动为止的过程中。 （3）当表界面足够光滑，无论液滴的量如何变化， 液滴的接触角将一直保持不变。 思考一下: 在表界面粗糙的时候，我们观察到了接触角的变化那 也就是说表面的不光滑引起了接触角的什么现象？