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表面张力如何测量?表面张力与润湿性有什么关系?

来源:本站原创 浏览 1306 次 发布时间:2019-08-06

表面张力与润湿性有什么关系?


润湿是一种物理现象,通常是一相在另一相的表面进行覆盖的过程。润湿性的好坏决定于两相的表面张力,比如固体-液体相,只有液体的表面张力低于固相的表面张力时,润湿才可以发生。表面张力越小,润湿性能越好。液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。表面张力的形成同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状态密切相关。在生产过程如果需要提升产品的润湿性,必须通过降低液体的表面张力来实现,通常加入少量的表面活性剂就可以起到降低表面张力的效果。


什么是表面张力?


液体分子之间的内聚力负责称为表面张力的现象。表面上的分子在所有面上都没有相似的相邻原子,因此它们在表面上与它们直接关联的分子更强烈地结合在一起。这就形成了一个表面“膜”,这使得在物体被完全浸没时移动物体比移动物体更困难。同样的情况也适用于不混合在一起的两种液体的界面。在这种情况下,使用界面张力。表面和界面张力有几个不同的单元。


界面张力,也叫液体的表面张力,就是液体与空气间的界面张力。在数值上与比界面能相等。固体表面与空气的界面之间的界面张力,就是固体表面的自由能。固体表面不同的材质,其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在100mN/m以上,称为高能表面;塑料等有机物表面的能量较低,称为低能表面。界面张力,也叫液体的表面张力,就是液体与空气间的界面张力。在数值上与比界面能相等。液体与另一种不相混溶的液体接触,其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力。液体与固体表面接触,其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力。液体的表面张力,就是液体表面的自由能。固体表面与空气的界面之间的界面张力,就是固体表面的自由能。固体表面不同的材质,其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在100mN/m以上,称为高能表面;塑料等有机物表面的能量较低,称为低能表面。


表面张力是如何测量的?


平衡表面张力可以用力或光学张力计测量。


力量测定法


由张力计进行的表面张力和界面张力的测量是基于探针与两种流体界面的相互作用的力测量。可以通过确保在开始实验之前将探针的大部分浸没在光相位中,像表面张力测量一样执行界面张力测量。


在这些实验中,一个探头挂在天平上,并与测试的液体界面接触。当探针与液体表面相互作用时,平衡所经历的力可以用来计算表面张力。在这种情况下存在的力取决于以下因素:探针的尺寸和形状、液</span>/固相互作用的接触角和液体的表面张力。探针的尺寸和形状易于控制。接触角控制为零(完全润湿)。这是通过使用高能表面的探针来实现的。注意®探针由铂/铱合金制成,确保完全润湿和容易和可靠的清洁。力测量的数学解释取决于所用探针的形状。通常使用两种类型的探针,即杜氏环和威廉板。金属棒也可以用来限制液体样品体积。


如何选择最佳测量方法


接触角与表面粗糙度


表面的化学和地形特性在许多不同的应用和过程中是重要的参数,其中润湿和粘附行为需要优化。润湿性可以通过测量基底与给定液体的接触角来研究。著名的杨氏方程描述了固体、液体和蒸气三相接触处的平衡。



界面张力,形成润湿的平衡接触角


该图显示了理想和真实表面上的液滴。在理想表面上,应用杨氏方程,并且测量的接触角等于年轻接触角(上图)。在实际表面上,实际接触角是与液体-蒸汽界面的切线和固体(下部图像)的实际局部表面之间的夹角。然而,测量的(表观)接触角是宏观上观察到的液-气界面的切线和代表表观固体表面的线之间的夹角。实际和明显的接触角值可以基本上彼此偏离。为了计算固体的实际表面自由能,应该使用实际的接触角。


粗糙度与与湿润性之间的关系


增加表面粗糙度会增强由表面的化学引起的润湿性。例如,如果表面是化学疏水性的,当添加表面粗糙度时,它将变得更疏水。


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