实验三 液-固界面接触角的测量 PPT
接触角
原理概述1接触角定义当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。
但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。
当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即θγγγcos ///A L L S A S += （1）式中γS/A 、γL/A 、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00-1800之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。
2润 湿润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。
自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。
润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。
可从图2看出。
图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1m2固面和1m2液面消失，形成1m2固-液界面，则此过程的W A S/L为：W A S/L＝γS/A+γL/A-γS/L （2）（2）铺展润湿当一液滴在1m2固面上铺展时，原有的1m2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m2液面和1m2固－液界面，则此过程的W S S/L为：W S S/L＝γS/A-γL/A-γS/L （3）（3）浸湿当1m2固面浸入液体中时，原有的1m2固面消失，形成1m2固－液界面，则此过程的W I S/L为：W I S/L＝γS/A-γS/L （4）对上述三类润湿，γS/A和γS/L无法测定，如何求W S/L？分别讨论如下：①粘附润湿将（1）式代入（2）式，可得：W A S/L＝γL/A（1+cosθ）（5）因液体表面张力γL/A为已知，故只需测定接触角θ即可求出W A S/L。
第四章固液界面PPT课件
sin = 1 (gh2／2LG) 在已知LG的条件下，不难由上式求出。
（3）电子天平法
测定纤维对浸润液的接触角在纤维增强复合材料中非常重要，可用 电子天平法进行测定。
如图5-7所示，设一根纤维浸在某液体中，纤维的另一端挂在电子天 平的测量臂上。用升降装置使液面逐渐下降。纤维经(b)状态脱离液 面，在纤维脱离液面的瞬间，电子天平测出该变化过程中力的变化 P，由记录仪记下如图5-8的曲线。
当s-g > s-l 时，则cos>0，<90，此时为润湿；而且s-g和s-l相差越 大，角越小，润湿性越好。
当s-g < s-l时，则cos<0，>90，此时不润湿；当s-l越大和s-g越小 时，角越大，不润湿程度也越严重。
由Young方程可以看出，表面能高的固体比表面能低的固体更易 被液体所润湿。
>90时称为不润湿，角越大，润湿性越不 好，液体越不容易在固体表面上铺展开，而 越容易收缩至接近呈圆球状。
当=0或180时，则分别称为完全润湿和完 全不润湿。
由Young方程式可得： cos = (s-g s-l ) / l-g 上式表明润湿角的大小与三相界面张力之间的定量关系。
凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。
① 具有OH， COOH等极性基的有机物，与水分子吸引较强，它们与 水接触后，在水面上能自动铺展，有较大的铺展系数。
② 碳氢化合物及其被卤素取代后的衍生物，因分子的极性减弱，因而铺 展系数也较小。
③ 对于石蜡、溴仿这些极弱的极性键和非极性键物质，与水吸引力很 小，不能在水面上铺展，所以铺展系数为负值。
接触角原理
2.1 接触角定义当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。
但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。
当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即θγγγcos ///A L L S A S += （1）式中γS/A 、γL/A 、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00-1800之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。
2.2 润 湿润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。
自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。
润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。
可从图2看出。
图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1m2固面和1m2液面消失，形成1m2固-液界面，则此过程的W A S/L为：W A S/L＝γS/A+γL/A-γS/L （2）（2）铺展润湿当一液滴在1m2固面上铺展时，原有的1m2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m2液面和1m2固－液界面，则此过程的W S S/L为：W S S/L＝γS/A-γL/A-γS/L （3）（3）浸湿当1m2固面浸入液体中时，原有的1m2固面消失，形成1m2固－液界面，则此过程的W I S/L为：W I S/L＝γS/A-γS/L （4）对上述三类润湿，γS/A和γS/L无法测定，如何求W S/L？分别讨论如下：①粘附润湿将（1）式代入（2）式，可得：W A S/L＝γL/A（1+cosθ）（5）因液体表面张力γL/A为已知，故只需测定接触角θ即可求出W A S/L。
界面化学北京化工大学第四章液-固界面
编辑ppt
7
2 接触角与润湿方程
将液体滴于固体表面 上，液体或铺展或覆 盖于表面，或形成一 液滴停于其上，此时 在三相交界处，自固 液界面经液体内部到 气液界面的夹角就叫 做接触角。
γLG
γSL θ
γSG
编辑ppt
8
Yang’s 方程： γsg - γsl ＝ γlgcosθ
1805年提出，也称为润湿方程。
编辑ppt
10
（一）角度测量法（量角法） (2) 斜板法
改变板的插入角度直至液面在三相交界处附近无弯曲，这时 板面与液面的夹角即接触角。
(3) 光点反射法
利用一个点光源照射到小液滴上，并在光源处观察反射光。 此法有较好的测量精度。但只能测定小于90的接触角。
编辑ppt
11
（二）长度测量法
（1）小滴法
编辑ppt
Hale Waihona Puke 222) 低能表面的润湿性质
近年来，随着高聚物的广泛应用，低能表面的润湿问 题越来越引起人们的重视，如某些高聚物做成的生产用品和 生活用品，就要求其能很好地为水所润湿（加入某些无机氧 化物可能是有效的办法），塑料电镀 、降解等也需要解决润 湿问题。
编辑ppt
23
Zisman等人首先发现，同系列液体在同一固体表面的润湿程度 随液体表面张力的降低而提高（γ↓，θ↑，cosθ↑）
2r ∆r (γlg + γsl -γsg)=gV ∆h/2 若设液滴的形状为圆柱体，则：2r ∆r hm= r2 ∆h
（3）垂片法
编辑ppt
12
（三）力测量法：
利用测定液体表面张力的吊片法装置也可以测出液体对固体 （吊片）的接触角。
应用吊片法测定液体表面张力时，欲得准确结果，液体必须很 好润湿吊片，即保证接触角为0。若接触角不为0，则在吊片正好接 触液面时液体作用于吊片的力 f 应该是：
接触角的测量方法
接触角的测量方法接触角是指液体与固体表面接触时，液体表面与固体表面所形成的夹角。
接触角的大小直接影响着液体在固体表面上的传播和吸附性能，因此准确测量接触角对于研究液体在固体表面上的性质具有重要意义。
本文将介绍几种常用的接触角测量方法。
一、传统测量法。
传统的接触角测量方法主要是利用接触角计或接触角测量仪进行测量。
首先将待测液体滴在固体表面上，然后通过放大镜或摄像头观察液滴与固体表面的接触情况，根据液滴与固体表面所形成的夹角即可得到接触角的大小。
这种方法简单直观，适用于一般情况下的接触角测量。
二、动态测量法。
动态测量法是利用高速相机或慢速相机对液滴在固体表面上的扩展过程进行拍摄，然后通过图像处理软件对液滴的形态进行分析，从而得到接触角的大小。
这种方法能够更准确地反映液滴在固体表面上的扩展情况，适用于测量接触角随时间变化的情况。
三、压缩法。
压缩法是利用压力传感器或力传感器对液滴在固体表面上施加压力时的压力-位移曲线进行测量，通过分析曲线的斜率和截距来计算接触角的大小。
这种方法能够较准确地反映液滴在固体表面上的变形情况，适用于测量接触角与压力的关系。
四、光学测量法。
光学测量法是利用反射角、透射角或折射角来计算接触角的大小。
通过测量液滴在固体表面上的反射、透射或折射光线的角度，然后利用光学原理计算得到接触角的大小。
这种方法能够非常精确地测量接触角，适用于对接触角精度要求较高的情况。
总结。
以上介绍了几种常用的接触角测量方法，每种方法都有其适用的场合和优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的接触角测量方法，并结合其他实验手段进行综合分析，以获得准确的接触角数据。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
试验三液体表面张力系数的测量为什么少量水银在干净的玻璃板上会
实验三 液体表面张力系数的测量为什么少量水银在干净的玻璃板上会收缩成球冠状，而水却会扩展开来？为什么朝霞里青草上会洒满晶莹的露珠？其原因在于液体和固体界面附近分子的相互作用。
表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测定液体表面张力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验分别用毛细管法和拉脱法两种方法测量水的表面张力系数。
Ⅰ. 毛细管法测量水的表面张力系数（内容略)Ⅱ. 拉脱法测量水的表面张力系数【实验目的】1．掌握拉脱法测定水的表面张力系数的原理与方法。
2．了解DH4607型液体表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法。
【实验仪器】DH4607型液体表面张力系数测定仪（含数字电压表），压阻式力敏传感器，玻璃皿，吊环，吊盘，砝码，镊子。
【实验原理】测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需要的力，以求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。
如图3-3-5所示，将一洁净的金属吊环浸入待测液体中，保持金属吊环高度不变，通过缓慢地使液面下降，金属吊环逐渐暴露出液面，从而在金属吊环和液面间形成液体薄膜，产生沿着液面切线方向向下的表面张力，角ϕ称为湿润角（或接触角）。
当液面继续缓慢下降时，ϕ逐渐变小而接近于零。
在液膜将要断裂的瞬间，这时吊环产生的内、外两个液膜表面的张力1f 、2f 均垂直向下，设此时吊环向上的拉力为1F ，则有2101)(f f g m m F +++= （3-3-6）式中m 为金属吊环的质量，0m 为黏附在金属吊环上的液体质量。
因为表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有απ)(2121D D f f +=+ （3-3-7）式（3-3-7）中，α为表面张力系数。
1D 和2D 为吊环的内直径和外直径。
当吊环脱离液面后拉力为g m m F )(02+= （3-3-8）将式（3-3-7）、式（3-3-8）代入式（3-3-6），得到液体的表面张力系数)(2121D D F F +-=πα （3-3-9）在实验中通过压阻式力敏传感器将测量拉力F 转换为测量电压U 。
接触角的测量
液-固界面接触角的测量一、实验目的1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。
2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。
二、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。
将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。
前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。
如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。
如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。
如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。
此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。
上述各种类型示于图1。
图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。
因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。
在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即γSG- γSL= γLG·cosθ(1)式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。
在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2)铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。
若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果：W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4)S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。
静态接触角的测定
实验二十一静态接触角的测定一、实验目的1、了解接触角和润湿性的意义及两者的关系，了解亲疏水材料的划分。
2、掌握影像分析法测定接触角的原理和实验技术。
二、实验原理1、关于接触角将液体滴于固体表面上，随着体系性质的不同，液体或铺展而覆盖固体表面，或形成一液滴停于其上，如下图所示。
我们把液体与固体平面所形成的液滴的形状用接触角（contact angle）来描述。
准确的接触角是在固、液、气三相交界处，自固液界面经液体内部到气体界面的夹角，通常以θ来表示。
接触角是分析润湿性的一个非常重要的物理化学性质。
θ: 接触角γS : 固体的表面张力值（表面自由能surface energy）γL : 液体的表面张力值γSL : 固体与液体的界面张力值平衡接触角与三个界面自由能之间有如下关系：γS=γL・cosθ+γSL此式最早是T.Young 在1805 年提出的，常称为杨氏方程。
这是润湿的基本公式，亦称为润湿方程，可以看作是三相交界处三个界面张力平衡的结果。
此关系式适用于三相交界处固液、固气界面共切线体系。
具体应用中，我们把接触角大小作为评判润湿性的重要指标。
通常接触角越小，润湿性也就越好。
习惯上，我们把θ=90°定义为润湿与否的标准。
我们把θ＞90°为不润湿（疏水）；θ＜90°为润湿（亲水），平衡接触角不存在或为0，则为铺展。
2、接触角的测定方法对于接触角的检测，有一系列简易、廉价的技术，其中大多数方法均被开发出一些操作简便的仪器。
我们根据直接测定的物理量，将接触角测量技术分为如下四种：（1）影像分析法；（2）插板法；（3）力测量法；（4）透过测量法（主要是粉体接触角）。
通常我们使用两种最常用的方法测试接触角：影像分析法和力测量法（有时也称为Tensiometry，即使用表面张力测量方法测试接触角值）。
但需要注意的是，这两种方法均用于测量没有孔隙的固体表面。
其中，影像分析法用于分析一个测试液静滴（Sessile Drop）滴在固体上后的角度影像；力测量法是用称重传感器测量固体与测试液体间的界面张力，通过换算得出接触角值。
接触角的测量
接触角的测量[ 实验目的 ]了解实验原理，掌握实验操作，学习测量接触角的方法，了解润湿过程和接触角的实际意义。
[ 仪器用具 ]JC2000C1接触角测量仪、载玻片、注射器、烧杯、蒸馏水[ 原理概述 ]当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。
但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。
当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
12图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即θγγγcos ///A L L S A S +=（1）式中γS/A 、γL/A 、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00-1800之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o时可润湿，θ>90o时不润湿。
润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。
自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。
润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。
可从图2看出。
图2 三类润湿（1） 粘附润湿如果原有的1m 2固面和1m 2液面消失，形成1m 2固-液界面，则此过程的W AS/L 为：W AS/L ＝γS/A +γL/A -γS/L（2）（2） 铺展润湿当一液滴在1m 2固面上铺展时，原有的1m 2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m 2液面和1m 2固－液界面，则此过程的W SS/L 为：W SS/L ＝γS/A -γL/A -γS/L（3）（3） 浸湿当1m 2固面浸入液体中时，原有的1m 2固面消失，形成1m 2固－液界面，则此过程的W IS/L 为：41. 量角法液滴角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一，如图3（a ，b ）所示。
接触角与粘附功的测定
接触角与粘附功的测定目的1.理解接触角与粘附功的定义与测量方法。
2.测量液滴与固体接触时的接触角，并通过接触角，求出润湿物体的粘附功。
3.熟悉并掌握JC2000A 静滴接触角/界面张力测量仪的用法。
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。
当液体与固体接触后，体系的自由能降低。
因此，液体在固体上润湿程度的大小可用此自由能降低的多少来衡量。
液滴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上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。
为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。
决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。
如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。
接触角：液滴在固体表面上润湿或铺展，在润湿周线上任意一点做液面的切线，此切线与固体表面的夹角，称为接触角。
粘附功：不同凝聚相相接触时，相间分子有相互作用力，将两相分离就要做功，这种功称为粘附功。
粘附功是以单位接触面积来表示的。
粘附功的测量：正如表面张力测量一样，可用下式表示Aa=σ1+σ2-σ12（1）利用接触角与表面张力的定义，液体的铺展条件可用下式的铺展系数表示f=σ1-σ12-σ2cosθ>0只有当σ1-σ12-σ2cosθ=0 (2)时铺展结束。
联立（1）、（2）两式，就可以求出润湿固体的粘附功：Aa=σ2(1+cosθ)接触角测量仪平面示意图如下这里它提供了密闭小环境，容易达到蒸发饱和状态，并能在外相液体中测试。
实验仪器与试剂JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪，与接触角测量仪相配的计算机，注射器，水，甘油，二碘甲烷，溴萘。
实验步骤1.利用JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪测量接触角。
1.1启动：（与实验三相同）1.2 关于file.上述6个选项依次是：打开...保存为...打印...打印预览...打印设置...退出，实验中如果只采一幅图，冻结图像后，按Save As 存储图像。
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
接触角的计算模型
接触角的算法模型在材料表面上附着的液滴会呈现出一定形状，这个形状取决于固体-液体-气体各界面之间的张力平衡。
1805年Thomas Young首先提出了一个方程描述这个平衡态，从此接触角测量就成为评价液体对固体表面润湿的经典方法。
就接触角的数值而言，接触角越小说明固体表面越容易被液体润湿，接触角越大说明固体表面越难被液体润湿。
图 120世界末期随着电脑计算速度和高分辨率相机性能的不断提高，光学接触角测量仪器完成了自动化和商品化，从此测量接触角成为操作方便结果可靠的实验手段。
在此我们对仪器是如何计算接触角的方法做一个简单的介绍。
实际上接触角值是通过测量液滴轮廓在三相接触点处的一阶导数即切线的斜率而得到的，而三相接触点附近的液滴轮廓会受到各种光线的干扰，或者由于材料不够平整遮掩住三相接触点附近的轮廓。
所以光学法接触角测量并不是对数码照片上的某个夹角直接测量而得到的，而是使用不同的数学模型拟合液滴轮廓，再通过计算得到的。
最简单的模型就是球模型。
球模型是把液滴的形状假定为球体的一部分，那么其截面形状就是圆形的一部分。
在此圆形的三相接触点处求解一阶导数即可计算出接触角数值。
球模型的缺陷在于没有考虑重力对液滴形状的影响。
严格来讲在固体表面上任何液滴在重力作用下形状都会偏离球形，体积越大偏离越多，密度越大偏离越多，接触角数值越大偏离越多。
普通情况下如果液滴体积小于3微升，接触角值小于30°，才可以考虑使用球模型计算。
目前常见的Circle法，Width/Height法，θ/2法都是基于球模型的计算方法。
图2 利用球模型计算接触角二次曲线模型是考虑到在重力作用下液滴会被压扁，所以采用了包括圆方程、椭圆方程等在内的广义的二次曲线模型来拟合液滴中心截面的轮廓。
此方法通用性较广，测量的理想范围从10°左右到130°左右，测量精度较高。
图三利用二次曲线模型计算接触角Laplace-Young模型是把重力和密度对液滴形状的影响定量计算在内的精确算法。
接触角测试
材料是人类生产和生活水平提高的物质基础，是人类文明的重要支柱和文明进步的重要里程碑。
材料科学的发展推动社会发展，而材料科学的进步又取决于社会生产力和科学技术的进步。
计算机作为一种先进的现代工具，在日常生活当中得到了越来越广泛的应用，计算机应用已广泛深入科学、技术、社会生活等各个领域。
当今世界，几乎所有专业都与计算机息息相关。
计算机在材料科学中应用也不断发展，其作用是明显的。
比如显微镜的计算机系统、计算机用于新材料的设计、材料加工当中的计算机自动化控制，等等这些先进手段大大方便材料科学研究。
许多大学的材料科学系早已经将《计算机在材料科学中的应用》列为学科基础课程。
接触角是材料表面润湿性能的重要参数之一。
通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息。
因此，接触角的测量在材料防护、医药、半导体、化妆品、生命科学、油墨工业及其他领域都有重要应用。
表面自由能及其极性色散力分量（非极性分量）是固体表面最基本的热力学性质之一。
诸多表面现象以及与表面性质有关的各向异性、润湿性、粘结性、吸附性等效应均与之密切相关。
接触角和表面能的测量和计算方法有多种，而且还在不断的发展完善，这些方法各有其使用范围和优缺点，没有一种技术能够测量所有固体表面的接触角。
在实际的操作中应该根据具体情况，选择适合的测量方法。
接触角数据应该与其他的表面分析技术相结合，今后将朝着高精确度、多功能化和在线分析的方向发展。
目前国内外对材料表面接触角的测量技术已经相当成熟。
复杂至大型的计算量大的精密测量软件，简单至基本代码写制的计算仪；贵至几十万，而便宜至简单的基本代码写制的测量软件，对各种先进的仪器测量的出的数据能够满足不同的接触角与表面能的测量和计算需求。
2 接触角与表面能2.1 理论背景液体与固体接触时的润湿情况有两种。
第一种情况，液体完全润湿固体表面，即液-气（l-g ）界面与固-液（s-l ）界面之间的接触角为0°；第二种情况，液体部分润湿固体表面，即液体在固体表面形成液滴，呈现非零接触角。
固液界面
2. Young方程
SG SL LG cos
(5-1)
5.2 粘附功和内聚能
在这一过程中，外界所做的功 Wa为:
Wa (5-5)
图5-3 α 、β 相的分离
Wa是将结合在一起的两相分离成独立的两相外 界所做的功，称作粘附功。
图5-4 均相物质的分离
占分数为xA和xB，则复合表面的接触角可表示为：
cos xA cos A x B cos B
所以，表面不均匀性和表面污染是造成接触角滞后 的重要原因
往高能表面上 掺入低能杂质， 将使前进角显 著增加而对后 退角影响不大； 往低能表面上 掺入高能杂质， 会使后退角大 大减小。
图5接触角：在三相交界处自固-液界面经过液体内部 到气-液界面的夹角叫接触角，以θ表示。 （1）θ=0，完全润 湿，液体在固 体表面铺展。
（2）0<θ<90°， 液体可润湿固体， 且θ越小，润湿越好。 （3）90°<θ<180° 液体不润湿固体。 （4）θ=180°，完全不润湿，液体在固体表面凝成小球。
局限性
对仪器精密度要求高，操作难度大；
测试的是单根纤维，误差大。 以对水完全润湿的r＝20微米的纤维为例：
图5-10 用纤维束测接触角示意图
以一束纤维代 替一根纤维
在塑料管中充填一束纤维， 充填率ξ=0.47~0.53。使纤 维束与液面接触，因毛细 现象，液体沿着纤维间空 隙上升，用电子天平测出 增重量m随浸润时间变化
WSL 0
(5-12)
液-固分子之间没有吸引力，分开固-液界面不需做功。 此时固体完全不为液体润湿
5.4 接触角的测定方法
5.4.1 停滴法（图5-5）
实验三 液-固界面接触角的测量
实验原理
实验原理
当液体与固体接触后，体系的自由能降低。 因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这 一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒 压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴 能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体 表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
二.实验原理
二.实验原理
接触角的数据能作为判别润湿情况的依据。通 常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞ 90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿， θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在 固体表面上铺展，固体被完全润湿。
蜡块
玻璃
浓度 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30%
蜡块
玻璃
十二烷基硫酸钠接触角随时间的变化
0.1% 蜡块 玻璃 0.1% 蜡块 玻璃
1min 2min 3min 4min 5min
6min 7min 8min 9min 10min
五.实验作业
根据实验，将测定结果填入各表中。
接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理 量分为四大类：角度测量法、长度测量法、力 测量法，透射测量法。其中，液滴角度测量法 是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它 是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测 量接触角的大小。
三.实验材料
仪器 烧杯（100ml）共10个、烧杯 （500ml）共2个、100ml量筒1支、胶头滴 管8个、培养皿8个、蜡块4个；
实验三 液-固界面接触角的测量
一.实验目的
了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的
含义与应用。
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。将液体滴在固体表面上，由于性质 不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状， 这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。 如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保 持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上 的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中， 则称为浸湿。上述各种类型示于图1。
接触角与粘附功的测定
接触角与粘附功的测定目的1.理解接触角与粘附功的定义与测量方法。
2.测量液滴与固体接触时的接触角，并通过接触角，求出润湿物体的粘附功。
3.熟悉并掌握JC2000A 静滴接触角/界面张力测量仪的用法。
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。
当液体与固体接触后，体系的自由能降低。
因此，液体在固体上润湿程度的大小可用此自由能降低的多少来衡量。
液滴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上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。
为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。
决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。
如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。
接触角：液滴在固体表面上润湿或铺展，在润湿周线上任意一点做液面的切线，此切线与固体表面的夹角，称为接触角。
粘附功：不同凝聚相相接触时，相间分子有相互作用力，将两相分离就要做功，这种功称为粘附功。
粘附功是以单位接触面积来表示的。
粘附功的测量：正如表面张力测量一样，可用下式表示Aa=σ1+σ2-σ12（1）利用接触角与表面张力的定义，液体的铺展条件可用下式的铺展系数表示f=σ1-σ12-σ2cosθ>0只有当σ1-σ12-σ2cosθ=0 (2)时铺展结束。
联立（1）、（2）两式，就可以求出润湿固体的粘附功：Aa=σ2(1+cosθ)接触角测量仪平面示意图如下这里它提供了密闭小环境，容易达到蒸发饱和状态，并能在外相液体中测试。
实验仪器与试剂JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪，与接触角测量仪相配的计算机，注射器，水，甘油，二碘甲烷，溴萘。
实验步骤1.利用JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪测量接触角。
1.1启动：（与实验三相同）1.2 关于file.上述6个选项依次是：打开...保存为...打印...打印预览...打印设置...退出，实验中如果只采一幅图，冻结图像后，按Save As 存储图像。
座滴法测接触角
座滴法测接触角座滴法是一种测量接触角的方法，其原理是通过测量液体在固体表面上形成的三相接触线（即固液气三相相接的交界处，如图1所示），计算出液滴与固体表面之间的接触角。
接触角是表征固体表面亲水性或疏水性的重要参数，对于理解液体在固体表面上的性质及其在涂层、润滑剂等领域的应用具有重要意义。
座滴法最初由美国化学家考夫曼（Young）于1805年提出，后由美国物理学家Laplace 于1806年进一步发展完善。
在座滴法的实现过程中，主要需要的是一个具有一定精度的液滴形成装置，该装置可以让液滴从一定高度（一般为2~3毫米）落到固体表面上，并在表面上停留一定的时间（一般为2~3秒钟），使液体与固体表面形成一个完整的三相接触线。
然后，通过显微镜观察液滴的形状，使用度量尺等具有长度标度的器具测量液滴的直径，从而可以计算出接触角。
接触角的大小与液体与固体之间的相互作用有关。
当液体与固体表面完全兼容（即液体对固体表面的能量最小），接触角为0度；当液体与固体表面互不相容（即液体对固体表面的能量最大），接触角为180度。
接触角的大小可以量化地描述与表征固体表面的亲水性或疏水性。
座滴法不仅适用于实验室研究，还广泛应用于工业生产中。
例如，在生产涂层、润滑剂、染料等材料时，需要了解材料与固体表面的相互作用，以确定涂层、润滑剂等的效果。
此外，座滴法还可以用于生物医学、食品工业等领域。
在生物医学领域，如人工关节的设计和制造过程中，需要了解材料与周围的生物组织之间的相互作用，以确保材料的安全和可持续性。
在食品工业领域，座滴法可以用于评估食品质量，如表征食物与果汁之间的混合程度。
总之，座滴法是一种简单、可靠、可重复的测量接触角的方法。
其应用范围广泛，可以用于表征固体表面的性质，以及在涂层、润滑剂、生物医学、食品工业等领域的研究和应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四.实验方法与步骤
水、醇类同系物在蜡块和玻璃片上的接触角
等温下不同浓度表面活性剂（十二烷基硫酸 钠）溶液在固体表面的接触角的测定
十二烷基硫酸钠接触角随时间的变化
五.实验作业
根据实验，将测定结果填入各表中。
欢迎大家
实验三 液-固界面接触角的测量 PPT
一.实验目的
了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的
含义与应用。
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。将液体滴在固体表面上，由于性质 不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状， 这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。 如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保 持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上 的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中， 则称为浸湿。上述各种类型示于图1。
等温下不同浓度表面活性剂溶液在固体表面的 接触角测定 液体：十二烷基硫酸钠溶液浓 度(质量分数)：0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, 0.25%，0.3%
测浓度为0.1%十二烷基硫酸钠水溶液液滴在 蜡块和载玻片表面上接触角随时间的变化 （10min)。
继续保持安静
二.实验原理
接触角的数据能作为判别润湿情况的依据。通 常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞ 90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿， θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在 固体表面上铺展，固体被完全润湿。
接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理 量分为四大类：角度测量法、长度测量法、力 测量法，透射测量法。其中，液滴角度测量法 是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它 是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测 量接触角的大小。
实验原理
实验原理
当液体与固体接触后，体系的自由能降低。 因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这 一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒 压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴 能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体 表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
二.实验原理
大）共10个、烧杯 （500ml）共2个、100ml量筒1支、胶头滴 管8个、培养皿8个、蜡块4个；
试剂：甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、十二 烷基硫酸钠
等温下醇类同系物（如甲醇、乙醇、异丙醇、 正丁醇）在蜡块和玻璃片上的接触角测定。
考察水在不同固体表面上的接触角；