材料表面潤(rùn)濕性與動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試

  為了評(píng)價(jià)材料表面的潤(rùn)濕性，我們可以采用測(cè)量液體在固體材料表面上接觸角的方法。在材料表面上附著的液滴會(huì)呈現(xiàn)出一定形狀，這個(gè)形狀取決于固體-液體-氣體各界面之間的張力平衡。就接觸角的數(shù)值而言，接觸角越小說明固體表面越容易被液體潤(rùn)濕，接觸角越大說明固體表面越難被液體潤(rùn)證。

  對(duì)于理想的固體表面，當(dāng)液滴在表面達(dá)到力學(xué)平衡后，只有一個(gè)符合 Youmg 方程的接觸角值。然而，實(shí)際上材料表面都是非理想的，材料表面會(huì)有一定的粗糙度，材料表面的化學(xué)性質(zhì)不均——甚至被污染，所以必然會(huì)出現(xiàn)接觸角滯后的現(xiàn)象。所謂接觸角滯后就是指液滴在潤(rùn)濕材料表面的過程中，所呈現(xiàn)出的接觸角不斷變化的現(xiàn)象。在真實(shí)條件下測(cè)量出的接觸角值總是在處于最大前進(jìn)角和最小后退角之間的一個(gè)數(shù)值。

  由于以上提到的原因，我們知道接觸角的測(cè)量結(jié)果是和液滴形成的過程直接相關(guān)的，液滴形狀大小的變化和三相接觸線的運(yùn)動(dòng)會(huì)直接反應(yīng)到前進(jìn)角和后退角的測(cè)量結(jié)果上。在某些材料表面上測(cè)量前進(jìn)角和后退角的差值甚至達(dá)到 90°以上。測(cè)量動(dòng)態(tài)接觸角能夠定量的描述接觸角滯后的現(xiàn)象，為液體在實(shí)際材料表面上的潤(rùn)濕研究提供了有力的方法。

  在接觸角測(cè)量的專業(yè)領(lǐng)域，大家普遍認(rèn)為單純測(cè)量靜態(tài)接觸角不足以表征材料表面的潤(rùn)濕特性，只有通過測(cè)量包括前進(jìn)接觸角和后退接觸角值在內(nèi)的動(dòng)態(tài)接觸角才能為表征待測(cè)體系的潤(rùn)濕特性提供更完整的信息。測(cè)量實(shí)際材料表面上的接觸角也比估算理想表面上的接性角更有意文。

  目前使用接觸角測(cè)試儀測(cè)量動(dòng)態(tài)接觸角的方法有傾斜臺(tái)法、離心轉(zhuǎn)臺(tái)法和如液/減夜法三種。傾斜臺(tái)法又稱斜板法。實(shí)驗(yàn)是將一個(gè)液滴置于待測(cè)的樣品表面后，利用傾斜臺(tái)緩慢地傾斜樣品表面，同時(shí)跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時(shí)液滴不一定發(fā)生移動(dòng)，但是形狀會(huì)開始發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的接觸角則不斷地變小，當(dāng)表面傾斜到一定角度時(shí)，液滴開始發(fā)生滾動(dòng)或滑動(dòng)，此時(shí)液滴下方三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動(dòng)之前對(duì)應(yīng)的接觸角就是最大前進(jìn)角，而液滴上方三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動(dòng)之前對(duì)應(yīng)的接觸角就是最小后退角。當(dāng)液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動(dòng)(滑動(dòng))時(shí)的表面傾斜角，就叫滾動(dòng)角（滑動(dòng)角）