接触角度测量什么外文翻译资料

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第五章。
接触角度测量什么？

摘要接触角测量已广泛用于表征固体表面的性质和研究液面间的相互作用。一段时间以来，众说周知，虽然测量本身看似简单，但解释并不直接，而且可能非常复杂。接触角数据(静态接触角theta;、前进和后退接触角theta;A和theta;R、滞后(theta;Aminus;theta;R)和滑动角度alpha;)与表面润湿性和附着力之间的关系有时令人困惑。为了找出接触角所测量的表面性质，萨缪尔、赵和劳系统地测量了水与20个表面之间的润湿力和粘附力，并将它们与接触角数据进行了关联。20个表面的表面性质从亲水到疏水再到超疏水，其形貌在纳米和微米尺度上从原子光滑到均匀粗糙。根据theta;A与润湿力和theta;R与粘附力之间的良好相关关系，认为theta;A和theta;R分别是表面润湿性和附着力的量度。由于滑动角alpha;是测量液滴迁移率的一种方法，因此建议分别使用theta;A、theta;R和alpha;来表征液滴表面的润湿性、粘附性和粘附性。对于接触角滞后，分析表明，这是一种测量液面界面张力在前进和后退过程中的差异的方法。讨论了如何使用本章描述的基本概念来理解最近报道的一些非常规曲面所显示的特性。这些非常规表面是接触角非常大但非常粘稠的表面，或者接触角光滑的表面。

关键词接触角测量·静态接触角·前进接触角·后退接触角·滑动角度·接触角滞后·液固相互作用·数据解释·润湿作用·粘着相互作用·Young-Dupre方程·接触角滞后机构

5.1背景。
自从两个多世纪前Thomas Young提出液滴与固体表面接触角的报告以来，文献中一直在讨论Young角的有效性以及如何用它来研究表面和液面相互用。问题在于它由四个量组成，其中两个量不能可靠地测量。瑞利和巴特尔及同事，后来证实，瑞利对前进和后退接触角的观测，以及对杨氏接触角的观测，进一步激化了谈话。十九世纪的研究人员受到杜普雷和吉布斯提出的热力学方法的强烈影响。正如Shuttleworth和Bailey在1948年指出的那样，热力学(自由能)只是液体润湿过程中杨氏角的贡献的一部分。这一点在文献中得到了承认，但并没有得到很好的理解。鉴于对三个接触角(静态接触角theta;和前进和后退接触角theta;A和theta;R)的观测，一些研究人员为那些光滑、刚性、具有零滞后的曲面(theta;A=theta;R)创造了术语“理想”曲面，其余的，包括粗糙和平滑的非均匀曲面，将是“真实”曲面。有些人认为，迟滞是缺陷、不均匀或粗糙的结果。Good强烈主张作者要么报告theta;A和theta;R，要么报告静态接触角(theta;)和滞后值(theta;Aminus;theta;R)，否则期刊不应发表这些论文。争论似乎没完没了，至今仍未解决。在这种背景下，有报告称存在一些误解，例如(A)接触角很大导致不粘着，(B)表面粘附是接触角滞后造成的，或(C)接触角theta;既与润湿性又与粘附有关。我们在这里的主要意图是让读者了解关键的辩论，同时保留过去所有论点的细节。我们认为，对所有论点的详细叙述会造成更多的伤害和混乱，而不是好事。相反，我们正在展望和阐明基本的表面概念，这些概念是在未来推进表面科学所必需的。现在让我们后退一步，问自己一个简单的问题。为什么我们对接触角测量感兴趣？简单地说，接触角测量是一种非常简单的表面科学测量工具。已知测量的接触角可提供有关表面特性以及液体和表面如何相互作用(如润湿、扩散、粘附和蒸发)的洞察力。不幸的是，由于难以解释接触角数据，文献中经常包含有争议的、有时是相互矛盾的信息。例如，使用水作为探测液体是非常常见的，具有大的水接触角的表面是高度疏水的，而且它们的表面能量通常较低。目前尚不清楚的是，大的水接触角和低的表面能可能并不同时与润湿性和粘附性相关。Tsai，Chou，和Penn报道了一系列Kevlar纤维光滑表面的接触角数据与粘接性能之间缺乏相关性。Murase和Fujibayashi发现，氟化聚合物表面的水接触角(117°)大于聚二甲基硅氧烷样品(102°)，氟聚合物与水的相互作用能是前者的3倍(~50.89比15.64MJ/m2)。有机硅和氟化聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)，是两类众所周知的低表面能材料，经常用于印刷业的熔合部件。这两种材料都是高度疏水的，PTFE的水接触角略大于PDMS有机硅(PTFE为112-117°，PDMS为102-103°)。然而，聚四氟乙烯一直显示出更强的附着力于水和。具有较大的滑动角度。到了极端，高和麦卡锡甚至称特氟隆亲水性。我们要问的基本问题是：接触角对表面的吸引和粘附意味着什么？这些相互作用的力与表面性质有什么关系吗？这些问题并不新鲜。以前曾问过这些问题，但仍有待澄清。随着现代仪器的发展，我们认为如果液体-表面相互作用可以直接和独立地测量，那么研究液体-表面相互作用如何与不同的接触角相关将是有用的和有趣的。我们希望，对这些相互关系或趋势的研究将使人们了解真正含义。

5.2接触角与液固相互作用。
5.2.1接触角度。
表面最常见的特性是其润湿性和附着力。润湿性用于描述液体首次接触固体表面时的相互作用。另一方面，粘附力是液体从固体表面分离时的力的描述。这是两种非常不同的相互作用，然而接触角度已经被用来研究和关联两者。因此，存在争议和矛盾的发现并不令人惊讶。为了找出正在测量的接触角，Samuel、赵和Law最近发起了一项系统的研究，涉及测量一系列表面的所有接触角，并将它们与由润湿和粘附产生的可测力相关联。选择水作为探测液。测定了20个不同表面(1~20个)的静、动态接触角(theta;，theta;A、theta;R和滑动角alpha;)和接触角滞后。表5.1汇总了这些数据。在测量所有接触角之前，对这20个表面进行了适当的清洗。它们代表了所有特征的表面。它们对水的亲和力从亲水性到疏水性到超疏水性不等。其表面形貌从原子光滑(在硅片上的自组装单分子膜或CVD薄膜，7-11)到从刀片涂层(1-3，6，13)到商用塑料薄膜(4，5，12，14)到光刻织构表面。
从自然(19，20)到粗糙表面的面(15-18)。图5.1、5.2和5.3分别绘制了静态接触角theta;相对于滑动角alpha;、接触角滞后(theta;Aminus;theta;R)和(costheta;Rminus;costheta;A)。
在文献中，滑动角和接触角滞后被认为与表面粘附性和粘附性有关。滑动角越大，表面粘附性越强；接触角滞后越大，表面附着力越强。现在，如果考虑所有的20个表面，平坦，平滑，粗糙，和纹理，数据点是非常分散的。结果表明，静态接触角theta;与表面粘附性和粘附性之间不存在相关性。虽然早些时候已经得出了类似的结论，但Samuel、赵和Law观察到的缺乏相关性仍然很重要，因为这项研究包含了非常广泛的表面，这意味着不相关是真实的。
表5.1水接触角测量数据及润湿力和粘附力数据。
不同曲面。

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资料编号：[1535]

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