万博max体育万博体育网页版app接触角测角术——张力测量学

万博max体育万博体育网页版app接触角测角术

万博max体育万博体育网页版app接触角θ,定量测量固体的液体的润湿。定义几何的角度形成的液体在三相边界液体,气体和固体相交。著名的年轻方程描述了平衡的三相接触固液和天然气。万博max体育

γSV =γSl +γlv cosθY (1)

界面张力、γsvγsl,γlv,润湿的平衡接触角,多次被称为年轻的接触角θY。万博体育网页版app万博max体育

最简单的接触角称为固着或静万博max体育万博体育网页版app态接触角下降。这是当液滴表面静止不动。然而,有一个范围的稳定存在的接触角表面化学均匀性等因素的基础上,地形和粗万博max体育万博体育网页版app糙度。捕获整个范围的角度对于一个给定的表面,动态前进和后退接触角测量。万博体育网页版app万博max体育这是定义为接触角滞后前进和后退角之间的万博max体育万博体育网页版app区别。

滞后产生的化学和地形表面的异质性,溶液杂质吸收表面上,或肿胀、重排或改变表面的溶剂[1,2]。前进和后退接触角表示的最大和最小值的静态接触角万博max体育万博体育网页版app可以表面上。前进和后退角之间的差异可高达50°。动态接触角和接触万博max体育万博体育网页版app角滞后已成为一个热门话题,因为最近的疏水性和自清洁表面的兴趣(3、4)。这是很重要的,因为小滑动角或转出角度(角度基质必须倾斜移动滴)需要自洁式应用程序。滞后也是重要的水变成多孔介质的侵入,涂料开发、和吸附液体/固体界面。

有各种各样的方法来测量静态,前进、后退和辗轧角。

光学张力测量学

在现代光学表面张力计下降,液体的形状分析了使用数码相机图像的下降。然后下降符合Young-Laplace与切线方程从基线下降的边缘。在最简单的情况下,手动注射器用来分配给定体积的液体用手针的小费。然后,针尖端轻轻接触表面的利益,和注射器技巧是离开离开表面的下降。万博max体育可以使用各种各样的分配器。最先进的系统采用自动吸量管可以推动机器人所需的体积和表面的下降。

使用两种不同的方万博max体育万博体育网页版app法可以测量动态接触角;1)改变液滴的体积或2)使用一个摇篮倾斜。图2(一个)显示体积改变的原则方法。简而言之,一个小水滴首先和放置在表面形成的。然后让针靠近表面和液滴的体积逐渐增加,同时记录。这将给前进接触角。万博体育网页版app万博max体育后退角测量方法一样,不过这一次,液滴的体积逐渐减少。

在图2 (b),倾斜摇篮的原理方法。滴放置衬底上然后逐渐倾斜。前进角测量的前沿液滴滴前就拔掉,开始行动。后方的后退接触角测量前的液万博max体育万博体育网页版app滴后缘开始移动。

力张力测量学

力张力测量学是当执行力施加到固体基质带入接触测试液体测量使用分析天平。万博max体育通常,装置包括连接钩衬底被测试到一个平衡。然后感兴趣的液体被带进接触衬底和板上的力万博max体育

润湿力=γl Pcosθ(2)

cosθ=接触角,γl 万博max体育万博体育网页版app=表面张力液体的,P =周长的样本。

在图3中,一个完整的基于力的接触角测量周期。万博体育网页版app万博max体育在这个场景中,测量动态接触角总是因为样本是移动液体。万博体育网页版app万博max体育当样品被浸到液体前进接触角时记录和样品正在退出后退接触角测量。万博体育网页版app万博max体育

表面自由能

接触角测量的一个重要应用是确定一个固体表面的特征万博体育网页版app万博max体育表面自由能(医药)。固体的表面自由能是一个等效参数液体的表面张力和单位是相同的mN / m或达因/厘米。虽然接触角本身提供了一个可万博max体育万博体育网页版app量化的一个表面的润湿特性表明,它总是取决于探针液体使用。测量表面的一些医药需要使用几个探测液体接触角,然后这些数据可以适合目前万博max体育万博体育网页版app的理论提取表面自由能值。更多的背景不同的表面自由能理论,请参阅Biolin科学的技术。

表面粗糙度

接触角测量技术的比较万博体育网页版app万博max体育
光学接触角张力测量学是主要的测量方法从静态和动态接触角是可能的。万博体育网页版app万博max体育同质性的底物可以很容易地估计通过测量接触角在几个不同的地方在同一样本。万博体育网页版app万博max体育这是不可能与Wilhelmy板方法由于计算接触角是平均在整个浸区域。万博体育网页版app万博max体育出于同样的原因,Wilhelmy板方法样品必须是同质的边和边缘,这可能造成一个问题在样品制备[5]。

万博max体育万博体育网页版app接触角测量的特殊样本
尽管多次接触角测量万博max体育万博体育网页版app简单,有一些特殊情况,需要仔细的实验设计。几个特殊情况包括纤维、样品吸收液体和粉末。

纤维
纤维和其他薄对象可以通过使用光学测量张力计配备picoliter分配器或以武力使用Wilhelmy板方法张力计。光学表面张力计,picoliter分发器可以产生液滴的底座直径约30至50μm。具有特殊光学和高速摄影机可以以这个小液滴的形象和接触角可以确定以类似的方式比通过使用微升大小水滴。万博体育网页版app万博max体育力张力计另一方面可以通过利用纤维的特殊容器。由于极其微小的力平衡,减振表和内阁需要可靠的测量。综述了这两种方法在应用注1。更多的细节

吸收基质
多次接触角测量的基质吸万博max体育万博体育网页版app收测量液体。在这种情况下接触角通常作为万博max体育万博体育网页版app进一步分析的曲线分析。如果一个值是必要的,必须小心,接触角测量和可重复的报道。万博体育网页版app万博max体育通常第一个接触角值然后作为接触角测量的结果万博max体育万博体育网页版app。因为吸收通常发生的非常快,高速相机通常使用。

粉末
万博max体育万博体育网页版app在粉末接触角可以测量通过测量液滴在压缩粉末平板电脑或通过使用张力计的力量沃什伯恩的方法。当压缩测量平板电脑,它可以像吸收衬底如果粉末亲水或表面的液滴可以如果粉是疏水的。这里的沃什伯恩方法在后面有详细的介绍。