表面张力、表面自由能、润湿性

表面张力、表面自由能、润湿性

表面自由能告诉我们什么?

固体的表面自由能(医药)表面可以告诉你很多关于不同液体与表面说。在我们的表面自由能的技术页面中,我们讨论了如何计算从超临界流体固体的接触角测量使用几个模型包括常用Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (O万博max体育万博体育网页版appWRK)模型。但是一旦你测量技术,下一个逻辑问题是“我能做什么信息?“事实上,OWRK模型可以是一个强大的工具来预测润湿性和基于超临界流体粘附和液体表面张力,它可以帮助你的研究和发展。在这一页,我们将介绍润湿信封作为一个方便的可视化工具,并解释技术之间的关系,表面张力和接触角。万博体育网页版app万博max体育


Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK)模型

在这些分析通常使用OWRK模型,液体表面张力,γLV,是一个分散组件(γ的总和DLV例如伦敦色散力)和极地组件(γPLV,如氢键)γLVDLVPLV。同样,坚实的超临界流体,γSV,是一个和γ的色散和极地组件等SVDSVPSV。液体表面张力的关系,坚实的技术,以及液体和固体之间的接触角是OWRK方程所描述的:万博体育网页版app万博max体育

(1)

θ是液体和固体之间的接触角。万博体育网页版app万博max体育OWRK模型中的一些重要的假设是:纯液体,固体是光滑的和化学的,没有液体和固体之间的化学反应。没有真正的系统将完全满足所有这些假设,但仍然OWRK模型是一个强大的模型,被广泛使用在工业和学术界指导材料的选择。


什么是润湿信封?

液体表面张力、坚实的技术和表面的接触角液体滴让都是相关的。万博体育网页版app万博max体育润湿信封帮助我们想象这些关系,可以帮助我们更好地了解我们的系统和选择材料。

图1显示了理论固体润湿信封等高线与γDSV= 30 mN / m和γPSV= 10 mN / m。这意味着极地比γPLVLV= 0.25和色散比γDLV⁄γLV= 0.75。在这两个情节,固体彩色线等值线与一个固定的角度θ,意思如果你沿着线那么θ将保持不变。在图1中,纵轴表示改变γPLV与γ,横轴表示改变DLV。在图1 b中,横轴代表改变表面张力与γ总量LV代替。两个图表示相同的系统相同的等值线。图1的风格往往是更常见的文学,但是图1 b可能更方便的如果你喜欢想象和γ的润湿性LV和γPLV

这些情节是特别有用,当解释如何改变极性和色散元件的液体表面张力会影响θ。例如,在图1 b,考虑液体表面张力γ总量LV= 40 mN / m和γPLVγ= 0 mN / m(意义DLV= 40 mN / m)。接触角开万博max体育万博体育网页版app始接近40°黄色等值线所示。现在增加γPLV通过移动垂直的阴谋,你会发现θ开始减少。在γPLV= 10 mN / m,我们到达一个临界点极地和色散比液体的表面张力的极性和色散比相匹配的固体,虚线代表的黑线。在这一点上,θ是最小化给定γLV,如果我们继续增加γPLV过去10 mN / m你会看到θ重新开始增加。

使用这些润湿信封,两个关键概念相关的表面张力如何影响接触角是可视化。万博体育网页版app万博max体育首先,对于一个给定的γLV,接触角将最万博max体育万博体育网页版app小化如果极地和色散率的液体表面张力与坚实的技术。我们可以看到这通过观察图1中的坐标代表乙二醇(γLV= 48 mN / m)和二碘甲烷(γLV= 50.8 mN / m)。液体都有类似的总表面张力,但故事情节显示二碘甲烷会接触角约60°而乙二醇将略低于40°。万博体育网页版app万博max体育这是因为极地和色散乙二醇是一个更好的匹配比固体超临界流体极性和色散比率。

第二个概念是,如果γLV足够低,极地和色散率可能不会产生多大影响。带点在图1代表乙醇γLV= 22.4 mN / m。润湿信封表明,θ= 0°或有完美的润湿,如果我们改变极性和色散比我们仍会有完美的润湿因为γLV是如此之低。

图1 -润湿信封情节与γ固体D SV= 30 mN / m和γP SV= 10 mN / m。在(A)水平轴γ的色散表面张力组件D LV和(B)水平轴表面张力γ总量LV。点代表水、乙二醇、乙醇、二碘甲烷是策划。

我们如何用表面自由能理解润湿性和润湿信封吗?

使用我们的知识润湿信封和表面张力之间的关系,表面自由能,和联系的角度,我们可以智能地方法各种研究和发展问题。万博体育网页版app万博max体育不管你的目标是增加润湿性(θ)降低或减少润湿性(增加θ),我们的选择是修改固体液体或修改。

如果我们的计划是修改液体增加润湿性,或目标应该包括一个或两个(a)的极性比γPLV⁄γLV和色散比γDLV⁄γLV接近的固体,和/或(b)降低表面张力。在前一节中,我们查看了怎样改变液体属性特定固体衬底上的接触角的影响。万博体育网页版app万博max体育

在许多情况下,液体可能是固定或难以充分修改,并更容易操纵固体的性质。一个很好的例子是应用程序涉及的涂层聚合物聚丙烯。聚丙烯是一种广泛应用的聚合物由于其良好的耐化学性,切削加工性能,和相对较低的成本,但它自然是疏水性和很难湿很多液体。未经处理的聚丙烯的润湿信封是如图2所示,由于其低技术和主要分散,很明显从这个可视化,一些液体会湿的材料。甚至乙醇以其低表面张力对聚丙烯非零接触角。万博体育网页版app万博max体育

然而,超临界流体聚丙烯的很容易被等离子治疗,并在应用程序“强化润湿性等离子处理的聚丙烯我们表明,存在一个最佳的治疗时间得到最好的技术属性润湿。通过绘制润湿信封5 s空气等离子体处理后聚丙烯在图2 B中,您可以看到总增加医药,但是极地组件也显著增加,为更好的润湿性液体提供重要的极地分数像水和乙二醇。这允许液体乙二醇等降低其接触角从将近80°在未经处理的聚丙烯(图2 B) < 40°等离子体处理聚丙烯分别a和B(图万博max体育万博体育网页版app2)。

图2 -润湿信封(A)未经处理的聚丙烯和(B) 5 s空气等离子体处理后聚丙烯。超临界流体的测量都是在纳米科学的分析使用一个AttensionθFlex光学表面张力计

你怎么能使润湿信封的阴谋?

润湿信封情节是非常有用的工具,他们不需要任何比Microsoft Excel创建更复杂。我们开始与OWRK使用极坐标方程,但重写它。

图3 -极坐标系统用于润湿包络图。

在极坐标系统在图3中,γDLV和γPLV坐标图1中描述了使用Φ角和半径R,地点:

(2)γD = R cosΦ,

(3)γP = R sinΦ

OWRK模型中,这意味着这个极坐标系统的总表面张力γ_LV = R因为⁡ϕ+ R罪⁡ϕ。利用这些关系,这是一个简单的插入OWRK方程,

(4)

然后为半径R,解决

(5)

对于一个给定的θ,γDSV和γPSV,它是直接计算R(ϕ)/范围0 ^∘≤ϕ≤90 ^∘,然后它是一个简单的问题使用方程(2)和(3)确定γDLV和γPLV。这产生一个等值线在θ。然后,通过重复多个θ的过程,您可以构建一个润湿信封等高线图来可视化系统和玩不同的液体或固体属性。

符号和它们的定义列表
  • γLV:总液汽张力,γLVPLVDLV
  • γPLV:液汽表面张力的极性分量
  • γDLV:色散组件的液汽表面张力
  • γSV:solid-vapor总表面自由能,γSVPSVDSV
  • γPSV:极地组件solid-vapor表面的自由能
  • γDSV:色散组件solid-vapor表面的自由能
  • ϕ:接触万博max体育agnel液滴在固体表面上
  • Φ:角坐标在极坐标系统用于使润湿信封阴谋
  • 接待员:极性自身系统的径向坐标用于制造润湿信封阴谋
润湿信封计算器

下面是一个excel电子表格,你可以下载和使用计算和可视化润湿信封:

Excel的标志
引用:
Baidu
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