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动态接触角测量方法,前进角和后退角过程分析
发布时间:2017-02-21   点击次数:5104次

测量动态接触角的作用是为了表征疏水材料疏水性能:

1. 表面化学、物理均一性

2. 表面粗糙度

前进角--液体在未被润湿过的材料表面上润湿铺展

后退角--液体在已被润湿过的材料表面上润湿铺展

滞后角--前进角与后退角的差值

 

后退角前进角

 

  近年来,人们对超疏水表面的研究大多集中在制备兼具高接触角及低滚动角的表面,水滴在这种表面极易滚动并带走表面灰尘而具有自清洁性。然而,很少有人关注到液滴在超疏水性固体表面具有高黏滞性这一领域的研究,实际上,这种表面也代表了一类在理论及应用上都具有重要研究价值的界面材料。具有高黏滞性的固体表面的典型代表是壁虎的脚,与荷叶表面相比,壁虎脚底与荷叶表面都具有微米-纳米比重结构,因此都可以产生超疏水性。不同之处在于,由于荷叶表面与壁虎脚底的微观形貌不同,导致水滴与表面接触时,被封闭于其下的空气状态不同。荷叶表面是由微米级乳突结构及其上的纳米分支构成,这种纳米结构在表面呈无序排列,水滴在与荷叶表面接触时,被封闭在水滴下面的空气是流动的。称为荷叶状态。而壁虎脚底是由阵列的刚毛结构构成,这种结构使得其与水滴相接触时,封闭于刚毛内的空气是不流动的,而刚毛之间的空气是流动的。称为壁虎状态。

动态接触角测量方法,前进角和后退角过程分析

上图是液滴在两种疏水表面上与污染颗粒的作用方式

 

前进角和后退角:

考虑一个在水平平面上具有稳定接触角的液滴,若表面是理想光滑和均匀的,往这液滴上加少量液体,则液滴周界的前沿向前拓展,但仍保持原来的接触角。从液滴中抽去少量液体,则液滴的周界前沿向后收缩,仍保持原来的接触角。反之 ,若表面是粗糙的或不均匀的,向液滴加入一点液体只会使液滴变高,周界不动,从而使接触角变大,此时的接触角称为前进接触角。简称前进角,用θA表示。

若加入足够多的液体,液滴的周界会突然向前蠕动,此突然运动刚要发生时的角度称为zui大前进角。若从液滴中取出少量液体,液滴在周界不移动的情况下变得更平坦。接触角变小,此时的接触角称为后退接触角,简称后退角。用θR表示。当抽走足够多液体,流溢周界前沿会突然收缩。此突然收缩刚要发生时的角度称为zui小后退角。

动态接触角测量方法,前进角和后退角过程分析 

固体表面上小液滴的形貌

在倾斜面上,同时可看到液体的前进角和后退角,假若没有接触角滞后,平板只要稍许倾斜一点,液滴就会滚动。接触角的滞后使液滴能稳定在斜面上,这一事实表明,接触角滞后的原因是由于液滴的前沿存在着能垒。

滚动角

-液界面扩展后测量的接触角前进角与在固液界面回缩后的测量值后退角存在差别。前进角往往大于后退角。两者的差值叫做滚动角。滚动角的大小也代表了一个固体表面的接触角滞后现象。关于前进角和后退角也可以描述成:前进角是在增加液滴体积时液滴与固体表面接触的三相线将要移动而没有移动那一状态的接触角。可以理解为下滑时流溢前坡面所必须增加到的角度。否则不会了生运动。而后退角是指在缩小液滴体积时液滴与固体表面接触的三相线将动而未动状态的接触角,可以理解为下滑时液滴后坡面所必须降低到的角度。

 

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