在接觸角測量的實(shí)際應(yīng)用中,許多人習(xí)慣于只測量一個(gè)靜態(tài)接觸角,并以此作為評判材料表面潤濕性的wei.一指標(biāo)。然而,靜態(tài)接觸角遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以全面描述一個(gè)材料表面的潤濕行為——它只反映了液滴在理想、光滑、化學(xué)均勻表面上處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的單一角度。而現(xiàn)實(shí)世界中的表面,幾乎全部存在粗糙度和化學(xué)不均勻性,液滴在這些表面上的行為遠(yuǎn)比一個(gè)靜態(tài)角度復(fù)雜得多。
與靜態(tài)接觸角僅反映液滴在固體表面處于平衡狀態(tài)下的單一角度不同,動(dòng)態(tài)接觸角關(guān)注的是三相接觸線在移動(dòng)過程中接觸角的實(shí)時(shí)變化。這一測量對于表征固體表面的潤濕滯后性(即前進(jìn)角與后退角的差值)至關(guān)重要,能夠揭示表面化學(xué)不均勻性、粗糙度以及吸附層等因素對潤濕行為的影響。
目前,光學(xué)接觸角測量儀測量動(dòng)態(tài)接觸角主要有四種方法:加液/減液法、傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法,以及插針法。
利用光學(xué)接觸角測量儀測量動(dòng)態(tài)接觸角可以采用以下幾種方法:
1.加液/減液法(注液/吸液法):加液/減液法是最基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)接觸角測量方法,其核心操作是通過注射泵動(dòng)態(tài)改變液滴的體積。
操作要點(diǎn):采用經(jīng)緯科研型接觸角測量儀JW20測試,體積變化速度必須足夠低,以保證測量在準(zhǔn)平衡條件下進(jìn)行;針頭直徑應(yīng)足夠小,以避免液體在針管外壁上的潤濕影響測量結(jié)果。
2.傾斜臺法(斜板法):傾斜臺法是目前應(yīng)用zui.廣泛的動(dòng)態(tài)接觸角測量方法之一。其原理是通過樣品臺的傾斜,利用重力驅(qū)動(dòng)液滴在表面上滑動(dòng)。
操作過程:采用經(jīng)緯科研型整體傾斜式接觸角測量儀JW35測試,將一定體積的液滴置于待測樣品表面后,通過傾斜臺以極慢的速度傾斜樣品。在傾斜初期,液滴并不立即移動(dòng),但液滴內(nèi)部的液體由后方向前方轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致下方的接觸角不斷增大,上方的接觸角不斷減小。當(dāng)傾斜角度達(dá)到某一臨界值時(shí),液滴開始整體滾動(dòng)或滑動(dòng)。
3.垂直下降法:在固體表面放置一滴液體,在接觸角開始變化之前,通過相機(jī)或顯微鏡記錄液滴的形狀,并根據(jù)液滴與固體邊界的接觸線來計(jì)算接觸角。這種方法適用于低粘度和不易揮發(fā)的液體。
4.微流控法:將待測液體通過微通道引導(dǎo)到固體表面上,并實(shí)時(shí)監(jiān)測液-氣-固三相交界線位置的變化,從而計(jì)算出動(dòng)態(tài)接觸角。這種方法適用于具有高粘度、容易揮發(fā)或流動(dòng)性較差的樣品。
5.旋轉(zhuǎn)盤法:將被測試材料放置在旋轉(zhuǎn)圓盤上,并向其施加壓力。溫度恒定時(shí),通過記錄沿圓盤半徑方向移動(dòng)時(shí)的時(shí)間以及試驗(yàn)過程中生成的圖像序列來計(jì)算動(dòng)態(tài)接觸角。
歸根結(jié)底,測量動(dòng)態(tài)接觸角是為了回答一個(gè)靜態(tài)接觸角回答不了的問題:液滴在這個(gè)表面上,究竟會(huì)不會(huì)動(dòng)?以及,它會(huì)怎樣動(dòng)? 如果說靜態(tài)接觸角回答的是“喜不喜歡"的問題,那么動(dòng)態(tài)接觸角回答的是“黏不黏、滑不滑、留不留"的問題——這兩者對于材料的實(shí)際應(yīng)用同等重要,甚至后者更為關(guān)鍵。
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