接觸角的測量類(lèi)型

接觸角可以通過(guò)在固體上滴一滴液體來(lái)測量。固液界面與液氣界面形成的夾角稱(chēng)為接觸角。常用的測量方法是通過(guò)觀(guān)察液滴的輪廓，二維測量固體與液滴輪廓之間形成的夾角，其頂點(diǎn)在三相線(xiàn)上，如下圖所示。

楊氏方程用來(lái)描述內聚力和粘附力之間的相互作用，并測量表面能。

用接觸角下降超過(guò)90°是疏水的。濕性差，粘附性差，固體表面自由能低。接觸角小的液滴是親水的。這種情況反映了較好的潤濕性、較好的附著(zhù)力和較高的表面能。

接觸角測量類(lèi)型

靜態(tài)接觸角

這可能是常見(jiàn)的測量方法。靜態(tài)固著(zhù)點(diǎn)創(chuàng )建后不久的一次讀取。當固相、液相和氣相之間達到熱力學(xué)平衡時(shí)，就獲得了一個(gè)靜態(tài)接觸角。

靜態(tài)接觸角提供了有關(guān)表面特性的寶貴信息。

接觸角常用于測量清潔度。有機污染物會(huì )阻止濕潤，導致親水表面的接觸角增大。當表面經(jīng)過(guò)清洗和處理以去除污染物時(shí)，接觸角通常會(huì )隨著(zhù)潤濕性的改善和表面能量的增加而減小。

例如,半導體制造的接觸角是經(jīng)常用來(lái)描述硅片的潤濕性,以描述生產(chǎn)過(guò)程的效果和表面蝕刻等修改,鈍化,超聲波攪拌,和其他表面處理和清洗過(guò)程,以及量化樹(shù)脂的影響,引物,氧化,焊接、退火、拋光。

表面粗糙度也會(huì )影響靜態(tài)接觸角。

在液滴上運動(dòng)的任何接觸角都被認為是動(dòng)態(tài)接觸角測量。這些包括但不限于傾斜平板接觸角的測量、增減體積以及與時(shí)間有關(guān)的研究。

傾斜板法

傾斜板的方法抓住了接觸角測量在左右液滴在固體表面的傾向通常從0°- 90°。當表面傾斜時(shí)，重力使下坡面的接觸角增大，上坡面的接觸角減小。這些接觸角分別稱(chēng)為前進(jìn)角和后退角。它們之間的區別是接觸角滯后。在某些情況下，液滴會(huì )從固體上滾落下來(lái)，因為在滾落角處發(fā)生了潤濕。后的有效讀數被捕獲，通常表示前進(jìn)和后退的接觸角。在某些情況下,固體可以?xún)A斜到90°沒(méi)有釋放。后使用左右接觸角。下圖顯示了固體傾斜時(shí)的固著(zhù)液滴。

增減體積法

還有其他方法來(lái)捕捉前進(jìn)和后退的接觸角。一項研究要求在不增加三相線(xiàn)的情況下，將體積動(dòng)態(tài)地增加到允許的大體積。由此產(chǎn)生的大可能接觸角稱(chēng)為前進(jìn)角。然后從下降中移除卷。當在不減少三相線(xiàn)的情況下，達到可以去除的大體積時(shí)，測量出產(chǎn)生的接觸角。這個(gè)角度就是后退角。當后退角從前進(jìn)角減去時(shí)，結果稱(chēng)為接觸角滯后。這種遲滯現象表征了表面的拓撲結構，有助于量化污染、表面化學(xué)異質(zhì)性以及表面處理、表面活性劑和其他溶質(zhì)的影響。該方法對確定推進(jìn)角有較好的效果。然而，用這種方法很難捕捉到接觸角的后退，因為針必須嵌入液滴中才能去除體積，這也干擾了液滴輪廓的幾何形狀。另一種捕獲后退接觸角的方法是蒸發(fā)法。當體積蒸發(fā)時(shí)，反復測量水滴。在除濕和隨后減少三相線(xiàn)之前，測量了后退接觸角。

隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)研究

研究人員經(jīng)常會(huì )觀(guān)察接觸角隨時(shí)間的變化，以研究吸收、蒸發(fā)和更奇怪的現象的影響，例如Cassie到Wenzel過(guò)渡態(tài)。其他隨時(shí)間變化的研究跟蹤接觸角隨時(shí)間的變化，因為環(huán)境因素(如溫度和濕度)的變化。在某些情況下，通過(guò)添加或降低表面張力的添加劑來(lái)改變滴度。

近年來(lái)，為了更好地理解超疏水性，許多研究者一直在探索Cassie和Wenzel態(tài)。簡(jiǎn)而言之，在Cassie狀態(tài)下，一滴落在凹凸不平的頂部，在滴下有空隙，如下圖所示。接觸液滴的表面積百分比用來(lái)定義表觀(guān)(或測量)接觸角。在Wenzel狀態(tài)下，液滴填充了液滴下的所有區域，并根據粗糙度計算了表面接觸角。

Wilhelmy平板法

一種測量接觸角的替代方法包括將一個(gè)板降到測試液中，然后將其移除；在此過(guò)程中，測量板上的力。該方法比無(wú)梗滴法復雜，需要大量的液體，不確定非均勻性，要求固體樣品制作到的尺寸和兩個(gè)相同的表面。它還需要一個(gè)更加的測量?jì)x器。