接觸角作為衡量在氣液固三相交點(diǎn)潤濕性參數 影響因素有哪些

　　接觸角作為衡量在氣液固三相交點(diǎn)潤濕性參數 影響因素有哪些
　　接觸角是一用來(lái)衡量一液體在一固體外觀(guān)的潤濕性（鋪展性）的參數，其數值大小取決于液體和固體外觀(guān)的特征（屬性）。
　　對接觸角數值大小能產(chǎn)生直接影響的液體屬性重要包括液體的外觀(guān)張力，以及引起外觀(guān)張力的分子作用力的本質(zhì)，如極性（polar）和非極性（disperse）作用力的組份。假如液體是一多組分系統（如涂料），液體的外觀(guān)張力一樣平常呈現時(shí)間依靠性（動(dòng)態(tài)外觀(guān)張力），也就是外觀(guān)張力會(huì )隨著(zhù)時(shí)間發(fā)生轉變（一樣平常是隨時(shí)間降落），這會(huì )引起接觸角也隨著(zhù)時(shí)間發(fā)生響應的轉變（隨著(zhù)液體外觀(guān)張力的降低，接觸角減?。?。
　　決定接觸角大小的另一因數是固體外觀(guān)的屬性。這里所指的屬性可以有不同的范疇：
　　固體外觀(guān)的外觀(guān)自由能（surface free energy SFE）及其分子作用力的本質(zhì)，如極性和非極性作用力的組份?？梢哉J為固體外觀(guān)的外觀(guān)自由能是由其分子作用力的大小和本質(zhì)以及分子在外觀(guān)的排列、結構所決定的；對于一給定的固體外觀(guān)，其外觀(guān)自由能數值也應是給定的。但固體外觀(guān)與液體外觀(guān)不同，后者幾乎瞬間可以達到平衡，而固體外觀(guān)因為分子的活動(dòng)受到限定，在實(shí)際中很難達到真正意義上的平衡態(tài)。固體外觀(guān)隨著(zhù)時(shí)間的松弛，從理論上講，也會(huì )影響接觸角的數值，而現實(shí)中這一點(diǎn)也每每可以被觀(guān)察到。
　　固體外觀(guān)的其它屬性。除了上面提到的分子作用力的本質(zhì)，一些其它的物理、化學(xué)屬性也會(huì )影響接觸角的大小。它們包括：
　　固體外觀(guān)的平整、光滑性（smoothness），或者用其對立面來(lái)衡量，也即外觀(guān)的粗糙度（roughness）。粗糙度可以是無(wú)序的（stochastic）外觀(guān)凸、凹的分布，也可以是確定的、特別很是有序的、規則的微結構分布，這些特性的尺寸可以是微米或納米數量級的。
　　外觀(guān)的粗糙度將會(huì )對液體在固體外觀(guān)的表觀(guān)接觸角（apparent contact angle）產(chǎn)生影響。表觀(guān)接觸角是指通過(guò)一樣平常的（宏觀(guān)）接觸角測量技術(shù)（包括光學(xué)法和稱(chēng)重法）觀(guān)測、測得的接觸角數值，也就是我們能通過(guò)視頻光學(xué)測量法獲得的數值。表觀(guān)接觸角的大小在很大程度上受到液滴與固體外觀(guān)形成的三相接觸線(xiàn)/周邊（three phase conatct line / circumference）的影響：假如外觀(guān)是特別很是平整的、光滑的，那么三相接觸線(xiàn)在鋪展過(guò)程中不會(huì )碰到任何阻滯（retention / pinning），液滴終將達到其響應的熱力學(xué)平衡態(tài)，呈現的（平衡）接觸角也只由液體和固體外觀(guān)的分子作用力的本質(zhì)所決定，如許的接觸角也稱(chēng)為楊氏接觸角。
　　假如固體外觀(guān)呈現出尺寸充足大的粗糙度，三相接觸線(xiàn)在鋪展過(guò)程中就會(huì )碰到粗糙結構的阻滯（pinning），使其無(wú)法總是跨越停滯、達到熱力學(xué)平衡態(tài)。在這種情況下，液滴在固體外觀(guān)形成的表觀(guān)接觸角就不再是一恒定值，而是可在某一范圍內波動(dòng)，詳細的數值大小取決于液滴的三相接觸線(xiàn)形成的方式和經(jīng)歷（drop creation history）。這一征象被稱(chēng)為接觸角的滯后效應（contact angle hysteresis，CAH）。對于如許的固體外觀(guān)，只測量一個(gè)接觸角的值并不能完備地描述其潤濕舉動(dòng)，而應該通過(guò)測量前進(jìn)接觸角、后退接觸角和滑動(dòng)角（sliding angle）來(lái)表征（見(jiàn)圖2）。
　　假如引起固體外觀(guān)粗糙度的微結構特別很是邃密，尺寸在亞微米或納米數量級，而且固體材料與液體的接觸角值又是在90度以上，此時(shí)預先輩入到微結構內的空氣將不會(huì )被液體擠走，而是被液體圍困而滯留在微結構內，起到彌補微結構空域的作用，從而形成空氣和固體外觀(guān)相交叉的復合外觀(guān)?？諝獾拇嬖趯⑦M(jìn)一步表觀(guān)接觸角的數值，可以說(shuō)，任何水的表觀(guān)接觸角大于120度的固體外觀(guān)，都存在如許的微結構，是一空氣和固體材料形成的復合外觀(guān)，觀(guān)測到的表觀(guān)接觸角值可以認為是液體在固體外觀(guān)和空氣外觀(guān)的接觸角的某一比例平均值（水在空氣外觀(guān)的接觸角值被認為高達180度?。?。天然界的荷花葉，和近幾年來(lái)制備的超疏水性外觀(guān)均是如許的例子。
　　在涂料工業(yè)，制造具有粗糙形貌外觀(guān)的一典型技術(shù)是運用無(wú)光澤涂料（matte paint）。在簡(jiǎn)單的情況下，可通過(guò)在涂料中添加一些固體的、特別的消光劑（matting agent），這些消光劑在經(jīng)過(guò)涂料干燥工序后會(huì )作為渺小的疙瘩露出在涂料外觀(guān)（見(jiàn)圖3），由于在干燥過(guò)程中因為溶劑揮發(fā)和膠合劑的硬化萎縮會(huì )引起涂料的體積收縮。消光劑顆粒的大小決定了外觀(guān)形貌的尺寸。
　　通過(guò)選擇合適的消光劑顆粒，涂料基體和色素體積濃度就可以控制涂層外觀(guān)的粗糙度，從而控制水滴在得到的外觀(guān)上的接觸角大小。采用這種方法可以獲得水接觸角在140度以上的（超）疏水外觀(guān)。
　　固體外觀(guān)的化學(xué)屬性分布不均勻性（chemical inhomogeneity）：這里的化學(xué)屬性是指化學(xué)組成。因為種種緣故原由，固體外觀(guān)的化學(xué)組成分布可以呈現出不均一性：這可以是制造過(guò)程造成的，可以是相星散引起的，可以是清洗不留下的，也可以是被污染（雜質(zhì)）所致等?；瘜W(xué)屬性分布的不均勻性對接觸角產(chǎn)生的影響在肯定程度上可以與外觀(guān)粗糙度相比擬：不同的化學(xué)組分與液體的作用力也不同，作用力較強的組分將對液滴起到銷(xiāo)?。╬inning）效應，阻滯它鋪展到平衡狀況。所以化學(xué)屬性分布的不均勻性將同樣地引起接觸角的滯后效應，擴大可呈現的表觀(guān)接觸角的數值范圍。
　　溫度和空氣的濕度偶然候也會(huì )影響接觸角的大小。但假如溫度或濕度的轉變范圍不是很大，一樣平常情況下，對接觸角產(chǎn)生的影響也不會(huì )很大。
　　從上面的討論可以看出，對于涂料這類(lèi)外觀(guān)，接觸角不但與涂料的化學(xué)組成有關(guān)，也與外觀(guān)的光潔度有關(guān)。在統一涂料配方中添加不同的色素，不但改變了涂料的化學(xué)組成，也可能改變涂層外觀(guān)的粗糙度。另外色素有可能優(yōu)先聚集在涂層外觀(guān)，這將更大程度上造成外觀(guān)屬性的改變。所以添加不同的色素得到的涂層外觀(guān)，可能呈現出不同的接觸角。