接觸角ppt課件

1、 接觸角接觸角 表面化學(xué)講解：馬昊 唐翠蘭老師：霍冀川 2015.11.121；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型接觸角滯后現(xiàn)象接觸角滯后現(xiàn)象接觸角與接觸角與YoungYoung方程方程常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法接觸角測定儀接觸角測定儀2015.11.122；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型（一）潤濕的概念 潤濕是在日常生活和生產(chǎn)實際中，如洗滌、礦物浮選、印染、油漆的生產(chǎn)與使用等，最常見的現(xiàn)象之一。 潤濕是指在固體表面上潤濕是指在固體表面上一種液體一種液體取代取代另一另一種與之不相混溶的流體種與之不相混溶的流體(氣體或另一液體氣體或另一液體)的過的過程。程。 最常見

2、的潤濕現(xiàn)象是一種液體從固體表面置換空氣，如水在玻璃表面置換空氣而展開。2015.11.123；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型（二）潤濕的類型 2015.11.124；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型 如果液相（L）和固相（S）按下圖所示的方式結(jié)合，則稱此過程為沾濕。 結(jié)果：消失一個固-氣和一個液-氣界面，產(chǎn)生一個固-液界面。若設(shè)固-液接觸面為單位面積，在恒溫恒壓下，此過程引起體系自由能的變化是：2015.11.125；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型 沾濕的實質(zhì)是液體在固體表面上的粘附，常用粘附功（Ws）這一概念討論沾濕。2015.11.126；.2015.11.5潤濕的概念及類型潤濕

3、的概念及類型 將固體小方塊（S），按下圖所示方式浸入液體（L）中，如果固體表面氣體均為液體所置換，則稱此過程為浸濕。 結(jié)果：消失了固-氣界面，產(chǎn)生了固-液界面。若設(shè)固-液接觸面為單位面積，在恒溫恒壓下，此過程引起體系自由能的變化是：7；.2015.11.5潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型用浸潤功（浸潤功（Wi）來表示這一過程自由能的變化，則是：8；.2015.11.5潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型 置一液滴于固體表面。恒溫恒壓下，若此液滴在固體表面上自動展開形成液膜，則此過程為鋪展?jié)櫇瘛?結(jié)果：消失了固-氣界面，產(chǎn)生了固-液界面和液-氣界面。若設(shè)固-液接觸面為單位面積，在恒溫恒壓下，此過程引

4、起體系自由能的變化是：9；.潤濕的概念及類型潤濕的概念及類型對于鋪展?jié)櫇?，常用鋪展系?shù)（ ）來表示體系自由能的變化：2015.11.1210；.接觸角與接觸角與YoungYoung方程方程（一）接觸角的概念： 狹義：是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線與 固-液交界線之 間的夾角； 廣義：接觸角是由三個不同界面相互作用的一個系統(tǒng)，接觸物交界線之間的夾角。2015.11.1211；.接觸角與接觸角與YoungYoung方程方程（二）Young方程： 液滴在固體表面的形狀是由Y-L方程決定的，而接觸角則起到邊界條件的作用。在理想的情況下接觸角與三相間相互作用力的關(guān)系可用以下的楊氏方程式

5、（Youngs eq.）來描述：2015.11.1212；.接觸角與接觸角與YoungYoung方程方程將楊氏方程與潤濕的三種類型相結(jié)合，可以得到下列關(guān)系：2015.11.1213；.接觸角與接觸角與YoungYoung方程方程（1）物理上有意義的接觸角的范圍是0180。（2）接觸角為0時表示液體在固體表面完全鋪展開，直到形成一單分 子薄層（如果沒有任何阻礙的話?。?。 （3）接觸角在0到30之間表示液體對固體表面有很好的潤濕性，能較好鋪展開，這一范圍對許多工藝過程都是很重要的，如油漆、涂料、清洗、粘結(jié)等。（4）接觸角在3090之間表示液體對固體表面有一定的潤濕性，但不是很好。（5）而當接觸角大

6、于90時，液體對固體表面已不呈現(xiàn)潤濕性；當這一角度增加到約130140，液體開始呈現(xiàn)對固體表面的排斥性。（6） 當接觸角增加到150以上時，液滴其實只是“坐”在表面上，一有機會就想離開表面，對表面呈現(xiàn)高度的排斥性。水滴在荷花葉面上的現(xiàn)象就屬于這種情況。（7）接觸角大到約170，被稱為“荷花效應(yīng)”，這類表面也常被稱為超疏水表面，它們具有自清洗效果。2015.11.1214；.接觸角滯后現(xiàn)象接觸角滯后現(xiàn)象接觸角滯后現(xiàn)象： 上面提到的Young氏方程式其實只適用于一液滴在光滑、化學(xué)均質(zhì)、剛性、各項同性且無化學(xué)反應(yīng)等相互作用的理想表面上。 實際物體表面上的接觸角并非如Young方程是一個唯一值，而是在

7、相對穩(wěn)定的兩個角度之間變化。上限為前進接觸角a ，下限為后退接觸角r，二者差 = a- r定義為接觸角滯后性。（這個差值比較大說明粘滯性比較大，趨近于零的話說明粘滯性小液滴容易滾動）。2015.11.1215；.接觸角滯后現(xiàn)象接觸角滯后現(xiàn)象前進角（a）：液固界面取代氣固界面后形成的接觸角；后退角（r）：氣固界面取代液固界面后形成的接觸角。 滯后現(xiàn)象和表面粗糙度有關(guān)。當表面光滑時,前進接觸角等于后退接觸角,不存在滯后現(xiàn)象。 隨表面粗糙度的增加前進接觸角變大,而后退接觸角變小,差別增大,這意味著表面越粗糙,它就越“不容易被液體濕潤(前進接觸角大)”和越“不容易變干(后退接觸角小)”。 2015.1

8、1.1216；.直接測直接測定法定法量高法量角法平行光束法其他 對鋪展在固體表面上的液滴或者氣泡形狀進行直接照相，然后再測量常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法2015.11.1217；.固體量高法量高法只要測量出液滴在固體表面的高度h和固體接觸面的直徑D就可以算出接觸角注：當一滴液體的體積小于6 時可忽略地球引力對其形狀的影響認為液滴呈標準圓的一部分 =常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法2015.11.1218；.固體量高法量高法只要測量出液滴在固體表面的高度h和固體接觸面的直徑D就可以算出接觸角注：當一滴液體的體積小于6 時可忽略地球引力對其形狀的影響認為

9、液滴呈標準圓的一部分常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法 美國FTA公司推出的FTA100系列產(chǎn)品、德國dataphysics公司推出的OCA系列視頻光學(xué)接觸角測量儀以及PCA系列便攜式在線接觸角測量儀、ACA系列全自動視頻接觸角測量儀以及SVT系列視頻接觸角測量儀都是基于這個原理。2015.11.1219；.量角器的頂點和液滴邊緣相交于C量角器右轉(zhuǎn)度使a邊和固、液、氣三相交點A相交2015.11.5量角法量角法（需要工具是等腰直接量角器）量角器a、b兩邊和液滴球邊相切注： 90時，量角器的C邊逆時針旋轉(zhuǎn)， 取正值 90時，量角器的C邊順時針旋轉(zhuǎn)， 取負值常用的接觸角測量原理或

10、方法常用的接觸角測量原理或方法=2、=45 + 得到 =90 +2因此知道的度數(shù)，就可以計算出量角法的缺點是測量結(jié)果往往會收到操作者的影響，重現(xiàn)性差，誤差較大。20；.2015.11.5平行光束法平行光束法注：此法只能測量小于45 的接觸角平行光束從液滴正上方入射，在接觸角周邊各處，被氣液界面反射，而且與入射方向成2角，在與被測表面距離為s的上方放置一屏幕，屏上將出現(xiàn)放大液滴底面的像。D常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法21；.2015.11.5間接測定間接測定法法吊片法毛細管法常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法22；.吊片法吊片法（又稱為wilhemly板

11、法或測力法）當薄板1未浸入液體時常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法當薄板1浸入液體的高度為h 時其中：P 潤濕周長液體的表面張力液體與空氣的密度差侵入液體部分的體積則固體薄板浸入液體前后測力裝置的讀數(shù)差為2015.11.1223；.毛細管法毛細管法C B A hrR 毛細管剛插入水中時，管內(nèi)液面將上升為如圖的凹液面，PC = P0 ， B、C為等高點，PB =PC，則有：002PPghRPghPPCAB常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法RPPA20其中： -潤濕液體的表面張力 2015.11.1224；.另：透過法另：透過法（固體粉末固體粉末與液體接觸角的測

12、定）與液體接觸角的測定）常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法裝有粉末的管中，下面是液體可進出的半徑為r的多孔塞，固體粒子的間隙相當于一束毛細管其中： -潤濕液體的表面張力 r -粉末柱的等效毛細管半徑2015.11.1225；.常用的接觸角測量原理或方法常用的接觸角測量原理或方法影響接觸角測定的主要因素影響接觸角測定的主要因素 測定接觸角的方法較簡單，但要測出液固接觸角的準確值卻非易事。現(xiàn)將影響接觸角的因素歸納如下：形成三相交界處體系的性質(zhì)氣體的純度或混于氣體的雜質(zhì)會強烈改變接觸角值液體的表面張力越小，則接觸角越小例： 固體表面微觀粗糙造成的接觸角滯后現(xiàn)象溫度的影響 溫度升高，

13、接觸角值減小2015.11.1226；. 接觸角測定儀接觸角測定儀SL200C接觸角測定儀接觸角測定儀上海梭倫科技研制所用接觸角分析方法：量高法 注： 測量范圍: 3180 測試精度: 0.2 2015.11.1227；. 接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法： 量高法注： 測量范圍: 0180 測試精度: 0.1 OCA200H視頻光學(xué)接觸角測量儀視頻光學(xué)接觸角測量儀德國dataphysics公司研發(fā)2015.11.1228；. 接觸角測定儀接觸角測定儀JF99A粉末接觸角測量儀粉末接觸角測量儀上海中晨數(shù)字技術(shù)有限公司所用接觸角分析方法：透過法2015.11.1229；.2015.11

14、.5 接觸角測定儀接觸角測定儀JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法：量角法注： 測量范圍: 0180 測試精度: 0.1 30；.JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法：量角法測定儀初始化狀態(tài)視頻開始視頻開始視頻捕捉視頻捕捉測量測量保存保存新試驗新試驗退出退出2015.11.12 接觸角測定儀接觸角測定儀31；.JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法：量角法標尺開始定量移動接觸角值接觸角值標尺平移標尺平移按鈕按鈕標尺旋轉(zhuǎn)標尺旋轉(zhuǎn)按鈕按鈕2015.11.12 接觸角測定儀接觸角測定儀32；.JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用

15、接觸角分析方法：量角法標尺線與液滴表面相切量角器a、b兩邊和液滴球邊相切對應(yīng)量角法的圖示2015.11.12 接觸角測定儀接觸角測定儀33；. 接觸角測定儀接觸角測定儀JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法：量角法標尺線標定液滴頂部最高點對應(yīng)量角法 的圖示量角器的頂點和液滴邊緣相交于C2015.11.1234；.JYSP-180接觸角測定儀接觸角測定儀所用接觸角分析方法：量角法旋轉(zhuǎn)標尺線找出接觸角對應(yīng)量角法 的圖示量角器左轉(zhuǎn)度使a邊和固、液、氣三相交點A相交2015.11.12 接觸角測定儀接觸角測定儀35；. 結(jié)束語結(jié)束語 接觸角是表面化學(xué)和物理中的重要參數(shù)之一，通過接觸

16、角的測量，可以獲得材料表面固液、固氣界面相互作用的許多信息。測量方法很多且各有優(yōu)缺點，在實際操作中我們應(yīng)該根據(jù)具體的情況選擇合適的測量方法。 接觸角測定技術(shù)作為一種常用的表面分析技術(shù)，具體所用儀器設(shè)備簡單、價格低廉、操作方便、獲得信息量大等諸多優(yōu)點。因此在提高石油開采率生物醫(yī)藥材料、清潔煤炭處理、芯片產(chǎn)業(yè)等方面有重要應(yīng)用。此外，接觸角測量技術(shù)在油墨、化妝品、農(nóng)藥印染、噴涂、污水處理等行業(yè)的表征方面也有重要應(yīng)用。謝謝！謝謝！2015.11.1236；.影響接觸角測定的主要因素影響接觸角測定的主要因素氣體的純度或混于氣體的雜質(zhì)會強烈改變接觸角值氣體的純度或混于氣體中的極微量雜質(zhì)會強烈改變接觸角值。

17、實驗表明，改變接觸角的因素不是氣體的組成，而是氣體改變了液面和固面的組成成分。比如暴露于空氣中的固體，由于空氣中存在微量的有機物雜質(zhì)會在固面上形成單分子膜，而使固體性質(zhì)發(fā)生明顯變化。再如，暴露于潮濕空氣中的固面會形成一薄層氧化膜，自然改變了固體的本性及其潤濕性能。2015.11.1237；.影響接觸角測定的主要因素影響接觸角測定的主要因素液體的表面張力越小，則接觸角越小如果液體為溶液，溶質(zhì)濃度會使張力變化。另外溶質(zhì)若在固面上吸附也會使固體性質(zhì)發(fā)生改變，這些均都改變固面的潤濕性能。如表面活性劑的加入會極大地降低表面張力，從而使接觸角變小，使固面潤濕性能增加。如果液體能與固體發(fā)生溶脹作用或化學(xué)反應(yīng)，則固液間差別會迅速降低，致使接觸角為0，此時液體會在固面上完全潤濕和鋪展2015.11.1238；.影響接觸角測定的主要因素影響接觸角測定的主要因素 固體表面形成的條件和過程會影響潤濕能力。 固體表面微觀粗糙和化學(xué)組成的不均勻性會造成接觸角滯后現(xiàn)象，是造成固面上所測值重現(xiàn)性差的重要原因 前