接触角的概念所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相
三相接触角定义-概述说明以及解释
三相接触角定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述在电力系统中，三相接触角是一个重要的概念，它描述了三相交流电的相位差，是电力系统运行中的关键参数之一。
三相接触角的大小直接影响着电网的稳定性和运行质量，因此对其进行准确的控制和监测具有重要意义。
本文将从三相接触角的概念、影响因素和应用领域进行探讨，旨在深入了解这一重要的电力系统参数，为电力系统的安全稳定运行提供理论支持和指导。
1.2 文章结构文章结构部分包含了整篇文章的框架和组织方式，有助于读者更好地理解文章内容。
本文的文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了文章的背景和重要性，以及文章的主要内容和结构安排。
在引言部分，我们将简要概括了三相接触角的定义和重要性，并提出了本文的目的和意义。
正文部分是本文主体部分，主要围绕三相接触角的概念、影响因素和应用领域展开讨论。
在2.1节中，我们将详细阐述了三相接触角的定义和意义，以便读者对该概念有更清晰的认识。
在2.2节中，我们将分析影响三相接触角的因素，探讨其影响机制和调控方法。
最后在2.3节中，我们将介绍了应用三相接触角的领域，展示其在工程和科学领域的重要性和应用前景。
结论部分将对整篇文章进行总结，强调三相接触角在实际应用中的重要性，并探讨未来研究的方向和展望。
我们将通过本文的研究内容和结论部分，为读者提供对三相接触角的深入理解和启发。
1.3 目的本文旨在深入探讨三相接触角的定义及其重要性，介绍其在工程和科学领域中的应用。
通过对三相接触角的概念、影响因素和应用领域进行全面分析，旨在帮助读者更好地理解这一概念，并认识到其在实际工程中的重要性。
同时，也希望激发读者对于三相接触角的未来研究方向的思考，促进相关领域的学术交流与发展。
通过本文的阐述，读者将能够更好地把握三相接触角的核心概念，拓展其在不同领域的应用，并为相关研究提供参考和指导。
2.正文2.1 三相接触角的概念:三相接触角是指在一个系统中，三种不同相的物质在接触处形成的角度。
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。
10-4固-液界面
dG
dAs Asd
1dn1 n1 d 1
2dn2 n2 d 2
与(1)式比较，可得表面吉布斯-杜亥姆方程：
Asd n As
n1 d 1 d
n2 d 2 0 1d 1
2d 2
溶剂 1 0，d 2
RT d ln a2
a2 d
2
RT da2
由吉布斯吸附等温式
d
0，
dc
d dc
0，
d 0， dc
0 ，负吸附 0 ，正吸附 0 ，无吸附
吸附等温线一般为到U型或S型，为固-气吸附类型
中没有的。
12
§10.5 溶液表面的吸附
恒温恒压下: dT,PG = d( ·A) = As·d + ·dAs
纯液体： 为定值，降低Gibbs函数的唯一途径是减少液
体表面积 ；
溶液： 与组成有关， 可自发进行溶质在溶液表面的 吸附而改变溶液
溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓度不同 的现象 —— 溶液表面的吸咐
26
胶束呈近似球状、层状或棒状，如图所示
球状
层状
棒状
（3） HLB法 HLB —— 亲水亲油平衡 (hydrophile-lipophile balance)
28
（4） 表面活性剂的实际应用 润湿、去污、助磨、乳化、破乳（消泡） 等等。
例: 去污作用
29
气
液
气
液
Gi
sl
s
Wi
Gi Wi 0 自动进行
浸湿功
固
固
当小液滴的表面积与铺展后的表面积相比可忽略不计时，
Gs
sl
l
s
铺展系数： S
接触角仪器原理【详解】
所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固-液-气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
接触角测量仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。
该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。
接触角测量仪的工作原理：用接触角测量仪本身附带的注射器针头将一滴待测液体滴在基质上。
液滴会贴附在基质表面上并投射出一个阴影。
投影屏幕千分计会使用光学放大作用将影像投射到屏幕上以进行测量。
这个投影屏幕千分计带有一个可调式标本夹，能够在垂直方向或轴向上对准图像；通过滑动屏幕可在水平方向上调整图像。
锁定旋钮可将投影液滴固定在位。
若要读取液滴角度，您需要找准从图像拐角接触点到图像Zgao点之间的切线；请用专门校准的分度器标尺测量角度。
接触角测量仪的测量原理：接触角测量仪原理是固体板插入液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲。
否则，液面将出现弯曲现象。
因此，改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角。
其实有点类似于液滴高度/宽度法测量，运用圆方程式来拟合液滴的轮廓形状，从而计算出接触角。
由于此方法假定了液滴(截面)的形状为圆的一部分，所以其适用范围只限于球状或接近球状的液滴。
由于重力的影响，严格地讲，液滴的形状都偏离球型：偏离的程度随液滴的体积增大而增大；在同样的体积下，液体的比重越大，表面张力越小，偏离的幅度也越大。
接触角常用的测定方法：测定接触角的方法有多种，但可分为二类。
一类是直接法、即直接测量接触角的大小；另一类是间接法、即通过其它物理量的测定以及该物理量与接触角之间的定量关系来计算出接触角的大小。
常用测定物理量是长度及质量。
第—类方法精度由测角器所决定；第二类则不但由测定长度或质量的仪器精度，而且还由它们间的定量关系式的准确度所决定。
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。
接触角法测定聚合物表面的表面能
4.00 0
TEM
2.00
2.00
AFM
4.00 0
um
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
表面能，表面吉布斯自由能简称
定义：在某种温度压力下生成单位新的表面积所引起的体 系吉布斯自由能的增加量，它也等于在某种温度下生成单 位表面时所需的可逆功，又常称为内聚功。
d d sg lg
p p sg lg
(1 cos ) lg
2
d
p
sg ：液气界面的色散力。 sg ：固气界面的极性力。
d lg ：固气界面的色散力。
：lgp 液气界面的极性力。
本方程有两个变量，需要进行两次不同液体对同一固体界面进行测试， 解联立方程得到固气界面的色散力和极性力，得到固体的表面自由能。
该方法比较简单，但随配对液体的不同，计算结果会有较大不同。常用 液体为水和二碘甲烷。
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
Wu S方法
Wu S在研究高分子化合物之间的界面张力时，发现Fowkes公式有较 大误差，于是做了两点改进：一是用调和平均法计算不同分子间的引 力常数，二是不仅考虑色散力的影响，也考虑了分子间极性力的影响 ，其方程如下：
1 cos
4
lg
d lg
d
lg
d sg
d sg
p
lg
p lg
p sg
p sg
本方程也有两个变量，需要进行两次不同液体对同一固体界面进行测试， 解联立方程得到固气界面的色散力和极性力，得到固体的表面自由能。 只是计算方法与Owens方法不同。
高分子分析测试实训 Polymer Testing Training
接触角
2.常用接触角的测量方法
1）外形图像分析方法 外形图像分析法的原理：将液滴滴于固体 样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的 外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法 将图像中的液滴的接触角计算出来
2）称重法 通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.
3.决定和影响润湿作用和接触角的因素
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。
cos s-g l-s l-g
洗涤、喷洒农药、润滑、油漆、防水布制备、原油开采等
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由它可以预测如下几种润湿情况： 1）当θ=0，完全润湿； 2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿； 3）当θ=90°，是润湿与否的 分界线； 4）当θ﹥90°，不润湿； 5）当θ=180°，完全不润湿。
关系.
接触角及其相关应用
主讲：谢昌健
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 接触角（contact angle）--定义
是指在气、液、固三相交点处所作的气-液 界面的切线穿过液体与固-液交界线之间 的夹角θ，是润湿程度的量度。
1.2 接触角--特点 若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，
其角越小， 润湿性越好；
若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，
在固体表面上的一液滴，若此液体受到固体表面之作用力甚 强（例如水与一种强亲水的固体的表面），液滴将会完全 地平在固体表面上，而其接触角约为0°。而非强亲水性 之固体，则接触角则会较大，到约90°。在许多高亲水性 的表面上，水滴所表现自0°到30°。
若是固体表面为疏水，则接触角将大于90°。对于高疏水性 的表面，其对水的接触角可高达150°或甚至近180°。 在这种的表面上，水滴仅是停留在其上，而非真正对其表 面浸润，可称之为超疏水，我们可以在适当氟化处理过 （类铁氟龙涂布）的表面观察到，并可称之为莲花效应。 这种新材料的表面之超疏水现象系基于与莲叶表面相同之 原理（叶面有许多小突起）甚至对蜂蜜都有超疏水之现象。 接触角因而也提供了表面与液体间作用力的资讯。
钎焊
1. 钎焊：加热到钎料熔化、母材不熔化的温度，通过母材与钎料之间的溶解、扩散等冶金反应，凝固后实现冶金连接2. 固体纯金属的表面结构：最外层表面为0.2--0.3nm 的气体吸附层，次表层为3--4nm 厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成，在氧化膜之下是一层厚度约为1-2μm 厚的微晶组织，其下层是1--10μm 的变形层，3. 润湿的分类：附着润湿、浸渍润湿、铺展润湿4. 附着润湿：指固体与液体接触后，将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。
5. 浸渍润湿：是指固体浸入液体的过程。
固气相界面被固液相界面所取代，液相表面不变6. 铺展润湿：是液滴在固体表面上铺开的过程，即以液固相界面和新的液气相界面来取 代固气相界面和原来的液气相界面的过程。
7. Young 氏方程的三个基本假设：过程发生在理想表面上、系统达到平衡状态、体系的温度、压力和组成均不发生变化则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。
8. Young 氏方程：lg /)(cos σσσθsl sg -=,θcos 又称为润湿系数，θ=0就是铺展润湿9. Young 氏方程的推导是假定在恒温、恒压和组成不变的平衡条件下得到的。
10. 三种润湿的共同特点是：液体将气体从固体表面排开,使原固气界面消失,并代之以固液界面。
11. 附着润湿 12. 浸渍润湿： 13. 铺展润湿： 14. 要促进润湿，最常采用的方法是用第二种液体(钎剂)覆盖在钎料与母材的表面上，从而使界面的情况发生变化．此时有 15. 附加压力定义为： PA=Pr-P ∞ 其中:P ∞和Pr 分别为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。
可见,附加压力是任意形状界面时比平界面时多出的压力。
16. 弯曲液面的附加压力：当相界面为曲面时，还会产生另一种压力，称为附加压力。
17. 平界面：附加压力为零；凸界面附加压力为正值，指向液体内部；凹界面附加压力为负值，指向液体外部。
【知识分享】接触角与表面张力仪之间的关系是什么？
接触角和表面张力这是生活生产中常常会遇到的两个概念.接触角说的是气、液、固三相交点处所做的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，也是润湿程度的量度.表面张力是液体表面任意两相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力.接触角涉及到的润湿过程与体系的表面张力有关.这也就构成了接触角与表面张力之间的关系.Biolin光学接触角测量仪(水滴角测量仪)Theta Flex首先先简单介绍一下润湿过程与体系的界面张力的关系.以一个简单的例子来说，一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，接触角与各界面张力之间符合杨氏公式：:γSV = γSL + γ×cosθe.毛细现象中液体上升、下降高度h. h的±表示的就是高度的上升与下降.LV浸润液体上升，接触角为锐角，浸润液体下降，接触角为钝角.从摩擦力力距的理论分析，当接触角为60°时，摩擦力矩相对小一些.在滑动轴承中，是指轴颈与滑动轴承的接触面所对的圆心角，接触角不可太大，也不可太小.太小时会造成滑动轴承压强增加，严重者可能会引起滑动轴承出现较大的变形，加速磨损，缩短使用寿命；接触角太大又会影响油膜形成，得不到良好的液体润滑.因此建议如果是转速高于500r/min的滑动轴承，接触角采用60°；转速低于500r/min 的滑动轴承，接触角可以采用90°，也可以采用60°.而关于表面张力的问题，在室温下，大部分液体的表面张力在20-40达因/厘米范围以内，也有大于此数的，如水的表面张力为72达因/厘米；液态金属的表面张力都比较大，如1131℃液态铜的表面张力为1103达因/厘米.一些常温下气态的元素，在低温下处于液态时，表面张力很小，如4.3开液氦的表面张力仅有0.098达因/厘米，90.2开液氢的表面张力为0.2达因/厘米.以上提出的内容又与接触角有着密切联系，也就是说接触角其实是可以用表面张力仪测定结果分析获得接触角的结果分析.接触角和表面张力仪之间是存在一定的关系，大家要了解二者之间的关系，并合理运用，相信会为实验减轻一些压力和负担.。
【机械类文献翻译】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。
第6章 固体-溶液界面
4. 已知乙二醇在25℃时，在石蜡上的接触角为83°， γ乙二醇-石蜡=28.6×10-3 N/m，γ水-石蜡=22.1×10-3 N/m， γ乙二醇=48.3×10-3 N/m，γ水=72.8×10-3 N/m， 计算水在石蜡上的接触角。（80.2°）
浓度再增加，吸附量继续增大，可能是吸附分子：
①更密集的排列方式；②形成多层吸附。
37
6. 4 影响稀溶液吸附的一些因素
(1) 极性的影响
❖ 例1：碳自水溶液中吸附脂肪酸 ❖ 吸附质：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸
判断：吸附量顺序？ ❖ 吸附量的顺序：甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸 ❖ 原因：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中
gAs sGls
g
s
ls
若浸润功 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-液的界
面自由能大时，浸湿过程才能自发进行。
13
(3) 铺展过程
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。
固-液界面张力总是小于它们各自的表面张力
之和，这说明固-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。
11
(2) 浸湿过程
s gas liquid
12
浸湿过程引起的 体系自由能的变化为
表面化学习题答案
第十章 界面现象习题答案一、名词解释1. 表面活性剂：溶于水中能显著地降低水的表面张力的物质，称为表面活性剂。
2. 接触角：是指在一光滑水平的固体表面上的液滴，在一定的T 、p 下达平衡时，固液界面与气液界面的切线在三相接触点处的夹角（夹有液体）。
3. 表面张力：液体的表面张力定义为沿着液体表面垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。
用符号γ表示。
4. 临界胶束浓度：形成一定形状的胶束所需表面活性物质的最低浓度。
5. 吸附：物质在两相界面上自动富集或贫乏的现象称为吸附。
6. 溶液的表面吸附：溶质在溶液表面层（或表面相）中的浓度与在溶液本体（或本相）中的浓度不同的现象，称为溶液表面的吸附。
二、简答题1. 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么在推导BET 公式时，所作的基本假设是什么二者的使用范围如何 兰格缪尔吸附理论的基本假设有四条：（1）固体表面是均匀的；（2）吸附是单分子层的；（3）被吸附分子间无相互作用力；（4）吸附平衡是动态平衡。
兰格缪尔吸附等温式适用于五种常见吸附等温线中的第一种类型。
BET 吸附理论接受了兰格缪尔理论的许多观点，其主要区别在于他们认为吸附可形成多分子层的，而且第二层以后的各层吸附，是相同分子间的相互作用。
吸附热均相等，并相当于该气体的凝聚热。
BET 公式适用于相对压力p/p 0=~范围的吸附。
2. 进行蒸馏实验时，通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸，试分析其原因。
暴沸现象是由于新相种子（小气泡）难以生成而产生的。
由开尔文公式可知，对小气泡，r<0，|r|越小，气泡内的饱和蒸气压也越小，而附加压力却越大。
在液面下的小气泡须承受的外压力等于大气压力、液体静压力及附加压力三者之和。
在正常沸腾温度下，气泡内的饱和蒸气压远远小于p 外，因此小气泡无法产生。
只有再升高温度，使p r 增大，当达到p mgh p p r ∆++≥0时，液体便开始沸腾。
而一旦气泡生成，它便迅速长大，随之p r 相应增加，p 相应降低，气泡反抗的外压迅速减小，因而液体沸腾激烈，形成暴沸现象。
接触角原理概述
实验项目：用接触角测量仪测量材料表面的接触角一．实验目的：1．认识和掌握接触角测量仪测量材料表面的接触角的基本原理2．熟悉接触角测量仪JC2000D1的操作技术二．实验容：1．掌握JC2000D1型接触角测量仪的工作原理和操作步骤2．测量几种材料的表面接触角三．实验仪器，设备及材料设备JC2000D1型接触角测量仪，蒸馏水，解玻片，食盐水，样品木板几个四．基本原理概述1．接触角定义及应用当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面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部的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，接触角通俗地说，就是液滴在固体表面自然形成的半圆形态相对于固体平面的外切线，如图1所示。
接触角的应用非常广泛，甚至可以说涉及到身边的每个细节，我们希望汽车玻璃上不沾雨水，但反之我们希望汽车钢板上的油漆永不脱落。
其他比如农药和蔬菜叶面；涂料和外墙面，绝缘材料，纳米材料表面化改性等等，从教学科研工农业生产到日常生活。
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，这些界面力在水平方向上的分力之和应等于零，即γS/A =γS/L+γL/Acosθ (1)式中γS/A 、γL/A、γS/L分别为固-气、液-气和固-液界面力；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0°−180°之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90°可作为润湿与不润湿的界限，θ<90°时可润湿，θ>90°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。
材料表面与界面-3
• 若纤维的半径r和液体表面张力σ L已 知，则用电子天平法测出∆P后，由上 式可求出接触角θ 。
界面张力和界面接触角的测试
两种互不相溶液体之间
若完全浸润（如采用铂丝）
Δ P=2πrσL1/L2
若界面张力σ L1/L2已知，液体与纤维之间存在 接触角θ L1/L2，则：
Δ P=2π rσ L1/L2cosθ L1/L2 因此，测定Δ P可求出纤维在L1/L2界面的接触 角θ L1/L2。
（1.9.3）
令A=σSG-σSL为粘附张力，由热力学平衡准则可知，只有A>0的过程才能 发生浸湿。A<0为不能浸湿。
铺展润湿过程
铺展润湿是液体与固体表面接触后，在固体表面上 排除空气而自行铺展的过程，亦即一个以液/固界 面取代气/固界面同时液体表面也随之扩展的过程。
• 液体从C自发铺展至B，覆盖面积为a，则相应的 自由焓变化为：
电子天平法的局限性
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：
用纤维束测接触角示意图
在管中充填一束纤维，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
以一束纤维代 替一根纤维
文献数
201 2011 201 201 201 201 2016
0
2
3
4
5
Super/Ultra 568 671 782 932 101 116 1302
hydrophobi
35
c
Lotus Effect 141 150 135 160 167 193 173
m2 Wl3 l cos t
材料表面润湿性及在材料工程中的意义
材料表面润湿性及在材料工程中的意义润湿性是材料表面的重要特性之一，通过静态接触角来表征，影响润湿性的因素主要是材料表面的化学组成和微观结构，主要通过表面修饰和表面微造型来改变材料表面润湿性。
润湿性已经直接应用到了生产和生活中，构建超疏水表面和润湿性智能可控表面是现阶段的研究热点，对于建筑、涂饰、生物医学等领域都有重要的意义。
润湿是自然界中最常见的现象之一，如水滴在玻璃上的铺展，雨滴对泥土的浸润等等。
润湿性是材料表面的重要特性之一，并已经成功运用到人类生活的各个方面，例如润滑、粘接、泡沫、防水等。
近年来，随着微纳M技术的飞速发展以及仿生学研究的兴起，对于固体表面润湿性的研究越来越引起了人们的重视，具有超疏水表面的金属材料具有自清洁作用，从而提高其抗污染、防腐蚀的能力。
而在农药喷雾、机械润滑等方面却又要求液体具有良好的亲水性，所以对于材料表面润湿性的研究在材料工程中具有重要的意义。
为了调控材料表面的润湿性，人们通过接枝、涂层、腐蚀等众多方法从化学组成和微观结构两个方面对材料进行了改性，并取得了良好的结果。
1、润湿性润湿是指液体与固体接触，使固体表面能下降的现象，常见的润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的过程。
例如在水干净的玻璃板上铺展，形成了新的固/液界面，取代原有的固/气界面，这个过程的完成与固体和液体的表面性质以及固液分子的相互作用密切相关[1]。
润湿作用实际上涉及气、液、固三相界面，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，通常通过Young方程计算得到，该方程是研究液-固润湿作用的基础。
一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的判据。
若θ=0，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展。
0<θ<90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好。
90°<θ<180°，液体不能润湿固体。
θ=180°，完全不润湿，液体在固体表面凝聚成小球。
什么是接触角
什么是接触角什么是接触角接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。
若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好；若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动，不能进入毛细孔。
润湿过程与体系的界面张力有关。
一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式(Young Equation):γs,g = γs,l + γg,l×cosθ由它可以预测如下几种润湿情况：1)当θ=0，完全润湿；2)当θ﹤90°，部分润湿或润湿；3)当θ=90°，是润湿与否的分界线；4)当θ﹥90°，不润湿；5)当θ=180°，完全不润湿。
毛细现象中液体上升、下降高度h。
h的正负表示上升或下降。
浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数/(液体密度*重力加速度g*液面半径R)。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/(液体密度*重力加速度g*毛细管半径r)。
润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。
接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法.外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。
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接触角的概念：
所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相点处的夹角。
接触角的大小决定了润湿程度，接触角本身取决于界面张力的相对大小。
固体表面能被液体润湿，接触角越小．润湿性越大，铺展性也愈大，当接触角为零时，叫完全润湿；固体表面不被液体润湿，说明接触角越大，润湿性越小，辅展性越小，液面易收缩成球形。
当接触角等于180度时，叫完全不润湿。
必须指出，润湿与不润湿是一种相对的概念，没有绝对不润湿酌物质，它们只是程度上的差异。
习惯上是这样区分的：接触角＜90度称为润湿；接触角＞90度，称为不润湿；接触角等于零度，叫完全润湿；接触角＝180度，叫完全不润湿。
以上所指的接触角也叫平衡接触角，它没有考虑表面上的阻力，对一个弯曲液面，由于表面张力的作用。
迫使弯曲液面向内收缩而产生一种额外的压力，这种额外的压力叫做附加压力。
附加压力的方向始终指向曲率中心。
注意附加压力只发生在弯曲液面上。
众所周知，纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。
所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
接触角测量仪仪器介绍：
本公司仪器采用现代化工艺制造，仪器采用先进的专用CMOS数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、左右、前后等方向移动。
实现微量进样及上下、左右精密移动。
同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。
仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。
软件搭配修正功能，测试多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。
该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需。
适用于各种行业测定接触角的用户
接触角测量仪测量方法：
接触角多元化分析方式：全自动拟合法，半自动拟合法，手动水平测量，手动斜面测量，
多元化软件计算方法：圆环拟合法(40度以下)；椭圆拟合法(40-120度)；Young-Lapalacer拟合法(120度以上).
精准的表面自由能计算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（软件中预装部分液体数据库，可扩展）.
一键式软件测量操作：【按空格键】--打开摄像头；【按1键】--精准的控制滴液；【按2键】--高精度的进行全自动测量.
不规则产品测试拓展：凹凸面测试，曲面测试，滚动角测试,前进角后退角测试，高温接触角测试.
高速拍照方式：单张/连续/录像；录像任意电影单张导出；录像视频可自动快速测量.
细致化数据库管理：导出Excel表格数据word图片数据；图片文字显而易见.
接触角测量仪软件分析方法：
座滴法（sessile drop）;
悬滴法（pendant drop）;
薄膜法（lamella method）;
掳泡法（Captive bubble method）;包覆纤维法（wetted fiber）;
纤维座滴法（sessle fiber drop）;附着滴法（captive bubble）;。