将一滴液体,放正在一匀称腻滑的固体外貌上,会发生两种情景:一种是液体全体睁开并遮盖固体外貌(润湿情景);另一种是液滴与固体外貌变成肯定角度并仍留正在固体外貌上(反润湿情景, 或不润湿情景)。
这个正在固、液、气三交友界处,自固—液界面颠末液体内部到气—液界面之间的夹角(图1)称为接触角(contact angle), 又称润湿角(wetting angle),平日以θ呈现。
接触角的巨细能够反响液体对固体外貌的润湿情景。接触角越小,润湿得越好。习性大将液体正在固体外貌上的接触角θ=90°时界说为润湿与否的界线°则为润湿。
水与清白玻璃的θ=0°,为全体润湿;水银与玻璃的θ=138°,因此水银正在玻璃上压缩成球形; θ=180°, 为全体不润湿。
若液体与固体产生相对运动时,则会变成两个区别的接触角。较大的θa称为进取接触角(advancing contact angle),较小的θr称为撤除接触角(receding contact angle)。这种θa>θr的情景称为接触角滞后。
液体正在毛糙外貌与腻滑外貌的润湿角区别。毛糙度使得润湿性差的更差,润湿性好的更好。
固体外貌,越发是高能外貌从界限境况中吸附某些组分而消浸外貌能,同时蜕变了外貌性子。
正在自然界、工程时间和闲居存在中,液体对固体的润湿和不润湿情景都有首要的意思和效力。彩色感光资料和灌音、录像磁带正在坐蓐流程中,都要将配制好的感光资料涂液或磁浆,又速又匀称地涂布到固体薄片基上,然后再干燥、裁切、拾掇包装成产物。而险些整个的防水用品,都盼望水对其不润湿, 比如风雨衣、雨伞的面布,就盼望雨水打到上面后全体不润湿,变成水珠落下。
能不行又速又匀称地涂上去,就与所涂液体能否正在固体薄片基(现平日是采用涤纶薄膜片基)上润湿,并能敏捷铺睁开来亲密相干。现正在对照考究的印刷纸张外貌要加上一层薄薄的涂料,其涂布流程也要商量涂液对纸基须要有好的润湿本能。正在印刷流程中,要又速又好地印超群彩的图案来,各样油墨对纸张也要有好的润湿本能。假使正在闲居存在中,墙壁的刷浆、家具的刷漆,均都有相似的须要润湿本能好的题目。
接触角现有测试本领平日有两种:其一为外形图像剖释本领;其二为称重法.后者平日称为润湿天平或渗入法接触角仪.但目前使用最广大,测值最直接与无误的照旧外形图像剖释本领.
外形图像剖释法的道理为,将液滴滴于固体样品外貌,通过显微镜头与相机获取液滴的外形图像, 再使用数字图像处分和少少算法将图像中的液滴的接触角揣度出来.
揣度接触角的本领平日基于一特定的数学模子如液滴可被视为球或圆椎的一个人,然后通过丈量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来揣度得出接触角值。杨氏方程描摹了一封锁界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的闭联,可用来无误地描摹一轴对称的液滴的外形轮廓,从而揣度出其接触角。烟用纸张的接触角可参照我邦制烟行业的行业程序YC/T 424-2011“烟用纸外貌润湿本能的测定-接触角法”实施。
润湿流程大致可分为沾湿(ashesion)、浸湿(immersions)和铺展(spreading)三类,每一类流程都有定量的公式。用它可鉴定这一流程能否自觉(或自愿)举行。
要是液相(L)和固相(S)按下图所示的方法接合,则称此流程为沾湿。这一流程举行后的总结果是:隐没一个固-气和一个液-气界面,发生一个固-液界面。
式中是液体的外貌张力,θ是液体正在固体外貌上的接触角。式(1)称为杨氏润湿方程。遵照热力学,正在等温等压的要求下,的流程为自然流程的目标,这即是沾湿流程自觉举行的要求。
将固体小方块(S),按下图所示方法浸入液体(L)中,要是固体外貌气体均为液体所置换,则称此流程为浸湿。正在浸湿流程中,体例隐没了固-气界面,发生了固-液界面。
置一液滴于一固体外貌(如下图)。恒温恒压下,若此液滴正在固体外貌上自愿睁开变成液膜,则称此流程为铺展润湿。正在此流程中,落空固-气界面,变成了固-液界面和液-气界面。
式中,差异是液体a和液体b的外貌张力,是液体a、b间的界面张力。若,则液体a能正在液体b外貌上自愿睁开。
式(1)~(3)均涉及到液体的外貌张力,那么什么是外貌张力,它与润湿情景有什么闭联呢?
外貌张力是指笔直地通过液体外貌上任一单元孤元,并沿着与液面相切目标的压缩外貌的力,以 mN/m (毫牛顿/米)为单元,平日用γ呈现。
液体外貌的根本特质是偏向于压缩,即老是尽恐怕取最小的外貌积。整个容积相当的式样中,以球形的外貌积为最小,所以小量水银和露水会趋势球形,胰子膜会自愿压缩成滴。
外貌张力与润湿情景的撮合效力,变成了毛细情景(上图)。毛细情景是指将内径很小的管子(毛细管)插入液体中,管外里液面发生高度差的情景。
当液体与组成毛细管的固体资料润湿时,管中液面升高并呈凹状;当液体与毛细管资料不润湿时,管中液面低落并呈凸形。
毛细情景正在科学时间和闲居存在中常常能够睹到。含有很众毛细管的“上水石”,可动作盆景中的假山,它恰是靠水因毛细效力上升的情景,使假山上的植物获取水分。
植物因此可能通过根和茎将泥土中的水和营养摄取到己方机体中来,其首要出处也是依据机体中的毛细管和毛细效力。
润滑油通过孔隙进入呆板部件中去润滑呆板,靠的也是毛细情景。大批众孔性的固体资料,如纸张、纺织品、粉笔等可能吸水,是由于水能润湿这些众孔性物质,从而发生毛细情景。
“山云蒸,柱础润”,“础润而雨”,础石是众孔性资料,也恰是因气氛中所含大批水分,由毛细情景使础石滋润,从而能够动作气氛湿度大,将要下雨的预示。
既然外貌张力和润湿与否亲密相干,那么有没有主张通过加适应的化合物,使液体的外貌张力蜕变,从而蜕变液体对固体的润湿本能呢?科学查究标明,确有如许的化合物能正在很低浓度时,就可明显消浸液体的外貌张力和固—液界面的界面张力,以革新润湿本能,使液体更易润湿固体。
也有如许的化合物,它能消浸液—液界面的界面张力,使一种液体能正在另一种与它不相混溶的液体外貌上更速、更好地铺展。如许的化合物,平日称为外貌活性剂或润湿剂。
我邦感光资料工业就曾应用过适应的润湿剂,攻下了因润湿本能欠好、涂布不足匀称,以致冲洗出的彩胶片发花、发闪的困难。