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各种接触角区分

1.平衡接触角/本征接触角/化学接触角/材料原始接触角e θ:
图1理想平面的平衡接触示意图
在理想的光滑平整表面上,表面接触角与三个界面张力之间存在以下关系:
cos LG e SG SL γθγγ=-(cos e SG SL σθγγ=-)
式中,SG γ、SL γ和LG γ分别表示气-固、液-固和气-液的界面张力,e θ是气-液-固三相平衡时的接触角,成为平衡接触角或本征接触角,此方程即Young ’s 方程,也称润湿方程。

2.表面微观接触角/实际接触角e θ:
Betelu 等发现表面微观接触角不仅与表面相互作用有关,而且与气-液-固三相接触线长度也有密切关系,这主要是由于线张力(Line tension,
τ)
的存在增加了液滴的超额自由能。

由热力学方法可以得出: cos SG SL LG e B r τγγγθ=++
结合Young ’s 方程,可以变换为: 1cos cos e LG B
r τθθγ∞=- τ为线张力,
B r 为液滴与固体表面圆形接触面的半径,θ∞为宏观条件下的表面接触角,上式也成为修正Young ’s 方程。

3.表观接触角*
θ:
Wenzel 状态:cos cos w e r θθ= w θ称为表观接触角,表面粗糙度r 为粗糙表面的实际面积与其水平投影面积之比。

Cassie 状态:cos 1(1cos )c s e f θθ=-++
c θ为非均相润湿下的表观接触角,s f 为与液体接触的固体表面占投影面积的比例。

4.表面临界转换接触角Crit θ:
Crit 11(1)()f r f θ=--
如果材料表面原始接触角小于公式中的临界接触角,那么液体和固体接触部分所包含的空气是不稳定的,Cassie 接触状态很容易转变成Wenzel 接触状态。

为获得稳定的空气层,
固体表面必须足够的疏水,临界转变角足够小,因为Cassie 接触状态只有在*θ>Crit θ或
*cos 1r θ<-时候是稳定的。

5. 前进角A θ和后退角R θ:
考虑放置在一个固体上的一滴液体。

如果液滴被注水,则它会变大,它的接触角会逐渐增大直到达到临界值A θ,在临界值接触线开始前进。

相反的,如果液滴中的水被抽离,它的接触角会逐渐减小直到达到临界值R θ,在临界值接触线开始后退。

6. 接触角滞后/滚动角θ∆:
观察到的静态接触角θ可能位于由前移和后移接触角所限定范围A R θθθ>>内的任意位置。

对于给定的三相系统,这一静态值的限定范围称为接触角滞后=-A R θθθ∆。

θ∆与液体在固体上的附着力相关,表征液滴在固体表面滚动的难易程度。

7. 静态接触角:静止平衡态时刻的接触角。

8. 动态接触角:接触线具有一定的速度,非静止平衡态时刻的接触角。

表面湿润性与接触角密切相关, 湿润动力学研究的目的是揭示接触角(此时常称为动态接触角) 与接触线(或者固体衬底) 移动速度、液体物性和固体衬底物性之间的关系。

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