二定律。错误在于误用了(1)式,此式只适用于平衡态。若液滴自动铺展以完全盖住固面,这就表示液滴与固面不成平衡态,所以不能将(1)式代入(3)式中。这里应该指出,不能将铺展润湿认为θ=00,而在此情况下根本没有接触角。θ=00的正确理解应是有一个角,恰好等于0o。
设有固体与压力逐渐增加的蒸气接触以吸附此蒸气,当压力达到饱和蒸气压P0时,固面上即有一层极薄的液
P0
体。由Gibbs吸附原理知,表面自由能降低=RTdl
P。因此,WSSL=γSAγLAγSL
0
P0
=RTdl
P
0
(6)
③浸湿
将式(6)中的γLA去掉,即得WISL:
W=γI
SL
SA
γSL
P0
=RTdl
P
0
(7)
由(5)式可知,当θ=0o时,cosθ=1,WASL=2γLA,自由能降低为最大,则认为固体完全被液体润湿;当θ=180o时,cosθ=1,WASL=0,自由能降低为0,则固体完全不被液体润湿,即完全不润湿。这种情况是理想的,因为液体与固体之间多少有一些相互吸引力存在。
对于理想的平固体表面,当液滴在表面达平衡后。只有一个符合You
g方程的接触角。但实际固体表面是非理想的,因而会出现滞后现象,致使接触角的测量往往很难重复。但经过精心制备和处理的表面,有可能得到较重复的数据,特别是高分子的表面。表面的制备和处理的目的是要得到较光滑、干净的理想表面,但具体的手续因样品而异,这里不作更多的介绍。这里主要介绍一些常用的接触角测定方法,它们都是针对气液固体系的接触角而设计的。但其中有些方法,只需略加修改,亦适用于液液固体系接触角的测定。
3
f1量角法
液滴角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一,如图3(a,b)所示。该方法是将固体表面上的液滴,或将浸入液体中的固体表面上形成的气泡投影到屏幕上,然后直接测量切线与相界面的夹角,直接测量接触角的大小。
(a)停滴
(b)停泡
图3量角法示意图
如果液体蒸气在固体表面发生吸附,影响固体的表面自由能,则应把样品放入带有观察窗的密封箱中,待体系达平衡后再进行测定。此法的优点是:样品用量少,仪器简单,测量方便。准确度一般在土1o左右。
2量高法
如果液滴很小,重力作用引起液滴的变形可以忽略不计,这时的躺滴可认为是球形的一部分,如图4所示。
接触角可通过高度的测量按下式计算:
ta
2h2d
(8)
式中h是液滴高度,d是滴底的直径。若液滴体积小于104mL,此方法可用。若接触角小于90o,则液滴稍大
亦可应用。
图4量高法示意图液滴在纤维上的接触角也可用量角法测量,把纤维水平拉直.置r