接触角的含义

接触角的含义

什么是接触角？

接触角为我们提供了液体在表面上铺展的好坏的指标。在配制油墨时，接触角提供了一个有用的指标，表明油墨的改性将如何影响其铺展。

接触角可大可小，取决于被研究材料的物理性质。下图显示了表面上的三种不同的水滴。最左边的液滴具有大的接触角，因为它不会在固体表面上扩散。最右边的液滴具有低接触角，因为它扩散得很好。这种扩散被称为“润湿”，当液滴沉积在表面上时，或者“润湿”或者“去润湿”。

下图显示了固体表面上液滴的2D截面。定位液滴轮廓与固体表面相交的点。液滴轮廓和固体表面之间的角度是接触角。

如果我们想要一种溶液更容易在基底上扩散，我们可以改变配方中使用的溶剂，并测试它们是否增加了润湿能力。在这种情况下，低接触角将是期望的结果。

或者，我们可能正在为一件衣服开发防水涂层。在这种情况下，高接触角是理想的。我们将改变涂层配方，并使用水滴来确定哪种涂层更耐湿。

表面张力

液滴的表面张力由其组成分子之间的相互作用决定。一滴液体中的分子如下图所示。在大部分液滴中，分子间作用力从各个方向均等地作用于分子。然而，在液滴表面，外侧没有液体分子。

表面上的分子比整体上的分子彼此结合得更紧密，因为它们没有被从各个方向拉过来。这意味着，一旦物体被淹没，它穿透表面比在物体内部移动更困难。

平衡的力量

当液滴与固体表面接触时，有三个边界需要考虑:固体、液体和包围它们的蒸汽(通常是空气)。

下图显示了液滴边缘与固体表面接触点的力图。三个箭头代表由表面张力在三个界面上施加的力:液体-表面、液体-蒸汽和固体-蒸汽。

每个力都远离平衡点，所以如果液滴处于平衡状态，那么力是平衡的，可以用下面的等式来描述:

其中cos θ给出了液体-蒸汽表面张力的x分量。这可以重新安排以给出:

这个等式提供了一些有用的信息:

如果γ支援车(Suport Vehicle)> γ限位开关（Limit Switch），cos θ为正，θ< 90°o(还有水滴湿胎).这可能发生在高表面能固体(如金属)或低表面张力液体.

如果γ支援车(Suport Vehicle) < γ限位开关（Limit Switch），则cos θ将为负，因此θ> 90°o(还有水滴dewets).这可能发生在低表面能固体，或一个高表面张力液体(比如水)。

这可能会提出一个问题，即我们如何将表面能密度(单位J/m2)与表面张力(单位N/m)。

因此，表面能密度和表面张力可以相等。