实验四 玻璃表面接触角的测定
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玻璃表面接触角的测定
一、前言
静滴接触
/界面张力测量,主要是测量液体对固体的接触角(及压固后粉末)的接触角,
即液体对固体的浸润性,也可以测量外相为液体的接触角。
它能测量各种液体对不同材料的接触角。接触角在表面化学研究中有着广泛的应用,如研究固体表面的润湿性质、固体的表面能、浸润热、低能固体的吸附量等,在石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研和生产有非常重要的作用。
二﹑实验目的
1.熟悉润湿作用及接触角测定原理,了解其在材料科学领域的应用。
2.了解DSA30接触角测量仪的结构和工作原理,并掌握其测定方法。
三﹑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。液体和固体接触后,体系的自由能降低的,因此我们可以用吉布斯自由能降低多少来表示润湿的程度。设有单位面积固体及液体,未接触前,表面自由能是
γLA(液-气表面张力)+γSA(固-气表面张力),接触后形成了单位表面积的固∕液界面,
其界面自由能是γSL,故体系的自由能降低了:
∆G = γLA +γSA-γSL = W SL (1)
W SL表示粘附功,可用来衡量润湿程度。
式(1)因涉及到γLA和γSA,这些物理量无可靠的测定方法,故需另觅途径,接触角
的数据可克服此种困难。
设将液体滴在固体表面上。一般情况下液体并不完全展开而与固体表面成一角度,形成所谓的接触角,以θ代表之。接触角是这样规定的:在固-液-气三相交点处作气液界面的
1805年Young提出,在达到平衡时,固-气、固-液、气-液界面自由能γLA、γSA 、γSL和接触角θ间有下述关系:
γSA–γSL = γLA cosθ(2)
此关系式称为Young方程式或润湿方程,它是描述润湿的最基本的公式。
将(2)式代入(1),可得:
W SL = γLA (1+cosθ) (3)
因而,只需测出液体与固体间的接触角和液体的表面张力γLA,依(3)式求出粘附功W SL。由(3)还可以看出:只有当θ=1800时,W SL才为0,称为完全不润湿。当然,这是理想情况。当θ=00时,称为完全润湿,此时W SL达到最大。习惯上将θ=900定为润湿与否的标准。θ>90o叫做不润湿;θ<900叫做润湿。θ越小润湿性越好。
四、测量方法
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加一滴小液体,直接测量接触角的大小。为此可用低倍显微镜中装有的测量仪测量,也可将液滴图象投影到屏幕上或拍摄图象再用量角器测量,这类方法都无法避免人为作切线的误差。接触角难以测准,常需多次测量取平均值。这不仅是由于测量方法上的固有困难,而且决定和影响润湿作用和接触角大小的因素很多,如:固体和液体的性质和杂质,固体表面的粗糙程度,表面不均性,外来污染物的影响等等。
五、实验操作步骤:
1. 接通视频接触角测试仪的电源,打开镜头盖;打开计算机并打开接触角测试软件。
2. 在软件窗口中,点击工具栏上的“Freeze”,在“FG-Drop Window”窗口中,会显示镜头拍摄的图像。
3. 调整镜头上的聚焦旋钮,使窗口中的针头图像清晰。
4. 点击菜单中的Options—>Drop Type—>Sessile Drop,选择座滴法测量。
5. 在载物台上放置测试样品。
6. 在“DSA Device Control Panel”窗口中,点击“Dosing”中的“Dosing forward”按钮,使注射器推出大小合适的液滴。
7. 调整载物台高度,让液滴落在测试样品上,并点击工具栏中的“Snap”,冻结图像。
8. 点击工具栏中的“Baseline detection”,自动寻找基线。
9. 点击工具栏中的“Contact Angle”,自动计算接触角,在“Result Window”窗口中显示测试结果。
10. 保存图像,记录测试结果。
六、数据处理和实验报告
对测量数据进行分析,并进行有关事项的讨论和总结,以及提出建议。