表面張力與潤濕性的關(guān)系

更新時間：2021-01-06

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潤濕是一種物理現(xiàn)象，通常是一相在另一相的表面進(jìn)行覆蓋的過程。潤濕性的好壞決定于兩相的表面張力，比如固體-液體相，只有液體的表面張力低于固相的表面張力時，潤濕才可以發(fā)生。表面張力越小，潤濕性能越好。液體表面任意二相鄰部分之間垂直于它們的單位長度分界線相互作用的拉力。表面張力的形成同處在液體表面薄層內(nèi)的分子的特殊受力狀態(tài)密切相關(guān)。在生產(chǎn)過程如果需要提升產(chǎn)品的潤濕性，必須通過降低液體的表面張力來實現(xiàn)，通常加入少量的表面活性劑就可以起到降低表面張力的效果。

什么是表面張力？

界面張力，也叫液體的表面張力，就是液體與空氣間的界面張力。在數(shù)值上與比界面能相等。固體表面與空氣的界面之間的界面張力，就是固體表面的自由能。固體表面不同的材質(zhì)，其表面自由能不同，金屬和一般無機物表面的能量在100mN/m以上，稱為高能表面；塑料等有機物表面的能量較低，稱為低能表面。界面張力，也叫液體的表面張力，就是液體與空氣間的界面張力。在數(shù)值上與比界面能相等。液體與另一種不相混溶的液體接觸，其界面產(chǎn)生的力叫液相與液相間的界面張力。液體與固體表面接觸，其界面產(chǎn)生的力叫液相與固相間的界面張力。液體的表面張力，就是液體表面的自由能。固體表面與空氣的界面之間的界面張力，就是固體表面的自由能。固體表面不同的材質(zhì)，其表面自由能不同，金屬和一般無機物表面的能量在100mN/m以上，稱為高能表面；塑料等有機物表面的能量較低，稱為低能表面。

如何測量表面張力

由張力計進(jìn)行的表面張力和界面張力的測量是基于探針與兩種流體界面的相互作用的力測量。可以通過確保在開始實驗之前將探針的大部分浸沒在光相位中，像表面張力測量一樣執(zhí)行界面張力測量。

在這些實驗中，一個探頭掛在天平上，并與測試的液體界面接觸。當(dāng)探針與液體表面相互作用時，平衡所經(jīng)歷的力可以用來計算表面張力。在這種情況下存在的力取決于以下因素：探針的尺寸和形狀、液固相互作用的接觸角和液體的表面張力。探針的尺寸和形狀易于控制。接觸角控制為零（*潤濕）。這是通過使用高能表面的探針來實現(xiàn)的。注意探針由鉑/銥合金制成，確保*潤濕和容易和可靠的清潔。力測量的數(shù)學(xué)解釋取決于所用探針的形狀。通常使用兩種類型的探針金屬棒也可以用來限制液體樣品體積。

接觸角與表面粗糙度

表面的化學(xué)和地形特性在許多不同的應(yīng)用和過程中是重要的參數(shù)，其中潤濕和粘附行為需要優(yōu)化。潤濕性可以通過測量基底與給定液體的接觸角來研究。

該圖顯示了理想和真實表面上的液滴。在理想表面上，并且測量的接觸角等于年輕接觸角（上圖）。在實際表面上，實際接觸角是與液體-蒸汽界面的切線和固體）的實際局部表面之間的夾角。然而，測量的（表觀）接觸角是宏觀上觀察到的液-氣界面的切線和代表表觀固體表面的線之間的夾角。

粗糙度與與濕潤性之間的關(guān)系

增加表面粗糙度會增強由表面的化學(xué)引起的潤濕性。例如，如果表面是化學(xué)疏水性的，當(dāng)添加表面粗糙度時，它將變得更疏水。