Угол контакта

редактировать
вид сбоку капли воды на серая ткань. Угол примерно 120 градусов. Ткань, обработанная как гидрофобная, показывает большой угол контакта.

Угол контакта - это угол, обычно измеряемый через жидкость, где граница раздела жидкостьпар встречается с твердой поверхностью. Он количественно определяет смачиваемость твердой поверхности жидкостью с помощью уравнения Юнга. Данная система твердого тела, жидкости и пара при данной температуре и давлении имеет уникальный угол равновесия смачивания. Однако на практике часто наблюдается динамическое явление гистерезиса контактного угла, варьирующееся от продвигающегося (максимального) контактного угла до удаляющегося (минимального) контактного угла. Равновесный контакт находится в пределах этих значений и может быть рассчитан по ним. Равновесный угол смачивания отражает относительную силу жидкости, твердого тела и пара молекулярного взаимодействия.

Содержание

  • 1 Термодинамика
    • 1.1 Модифицированное уравнение Юнга
    • 1.2 Предсказание угла смачивания с учетом линейного натяжения и Давление Лапласа
    • 1.3 Гистерезис краевого угла
    • 1.4 Влияние шероховатости на углы контакта
    • 1.5 Динамические углы контакта
  • 2 Кривизна краевого угла
  • 3 Типовые углы контакта
  • 4 Контроль углов контакта
  • 5 Методы измерения
    • 5.1 Метод статической лежащей капли
    • 5.2 Метод подвешенной капли
    • 5.3 Метод динамической лежащей капли
    • 5.4 Динамический метод Вильгельми
    • 5.5 Одноволоконный метод Вильгельми
    • 5.6 Метод одноволоконного мениска
    • 5.7 Метод капиллярного подъема по уравнению Уошберна
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература

Термодинамика

Схема капли жидкости, показывающая величины в уравнении Юнга.

Форма границы раздела жидкость – пар определяется Юнга – Дюпре. уравнение, где контактный угол играет роль граничного условия через уравнение Юнга.

Теоретическое описание контакта возникает из рассмотрения термодинамического равновесия между тремя фазами : жидкой фазой (L), твердой фазой (S) и газовой или паровой фазой (G) (который может быть смесью окружающей атмосферы и равновесной концентрации жидкого пара). («Газообразная» фаза может быть заменена другой несмешивающейся жидкой фазой.) Если межфазная энергия твердое тело-пар обозначается как γ SG {\ displaystyle \ gamma _ { SG}}\ gamma_ {SG} , межфазная энергия твердое тело-жидкость на γ SL {\ displaystyle \ gamma _ {SL}}\ gamma_ {SL } и межфазная энергия жидкость-пар (т. Е. поверхностное натяжение ) на γ LG {\ displaystyle \ gamma _ {LG}}\ gamma_ {LG} , тогда равновесный контактный угол θ C {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {C}}}\ theta_ \ mathrm {C} определяется из этих величин с помощью уравнения Юнга :

γ SG - γ SL - γ LG cos ⁡ θ C = 0 {\ displaystyle \ gamma _ {\ mathrm { SG}} - \ gamma _ {\ mathrm {SL}} - \ gamma _ {\ mathrm {LG}} \ cos \ theta _ {\ mathrm {C}} = 0 \,}\ gamma _ {{\ mathrm {SG}}} - \ gamma _ {{\ mathrm {SL}}} - \ gamma _ {{\ mathrm {LG}}} \ cos \ theta _ {{\ mathrm {C}}} = 0 \,

Угол контакта также может быть связано с работой адгезии через уравнение Юнга – Дюпре :

γ LG (1 + cos ⁡ θ C) = Δ WSLG {\ displaystyle \ gamma _ {\ mathrm {LG} } (1+ \ cos \ theta _ {\ mathrm {C}}) = \ Delta W _ {\ mathrm {SLG}} \,}{\ displaystyle \ gamma _ {\ mathrm {LG}} (1+ \ cos \ theta _ {\ mathrm {C}}) = \ Delta W _ {\ mathrm {SLG}} \,}

где Δ W SLG {\ displaystyle \ Delta W _ {\ mathrm {SLG}}}{\ displaystyle \ Delta W _ {\ mathrm {SLG}}} - энергия адгезии твердой и жидкой фаз на единицу площади в среде G.

Модифицированное уравнение Юнга

Самое раннее исследование зависимости между краевым углом смачивания и поверхностным натяжением для лежащих капель на плоских поверхностях было сообщено Томасом Янгом в 1805 году. Спустя столетие Гиббс предложил модификацию уравнения Юнга для учета зависимости краевого угла от объема. Гиббс постулировал существование линейного натяжения, которое действует на трехфазной границе и объясняет избыточную энергию при слиянии границы раздела фаз твердое тело-жидкость-газ, и выражается как:

cos ⁡ (θ) = γ SV - γ SL γ LV + κ γ LV 1 a {\ displaystyle \ cos (\ theta) = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}} + {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {1} {a}}}{\ displaystyle \ cos (\ theta) = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}} + {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {1} {a}}}

где κ [N] - линейное натяжение, а [m] - радиус капли. Хотя экспериментальные данные подтверждают аффинную связь между косинусом краевого угла и обратным радиусом линии, они не учитывают правильный знак κ и завышают его значение на несколько порядков.

Прогнозирование угла смачивания с учетом линейного натяжения и давления Лапласа

Схематические диаграммы для капель на плоской (а) вогнутой (б) и выпуклой (в) поверхностях

С улучшением методов измерения, таких как с помощью атомно-силовой микроскопии, конфокальной микроскопии и растрового электронного микроскопа исследователи смогли получать и отображать капли во все меньших масштабах. С уменьшением размера капель появились новые экспериментальные наблюдения за смачиванием. Эти наблюдения подтвердили, что модифицированное уравнение Юнга не выполняется на микронаноуровнях. Джаспер предположил, что включение члена V dP в изменение свободной энергии может быть ключом к решению проблемы краевого угла в таких малых масштабах. Учитывая, что изменение свободной энергии равно нулю в состоянии равновесия:

0 = d ALV d ASL + γ SL - γ SV γ LV - κ γ LV d L d ASL - V γ LV d P d ASL {\ displaystyle 0 = {\ frac {dA_ {LV}} {dA_ {SL}}} + {\ frac {\ gamma _ {SL} - \ gamma _ {SV}} {\ gamma _ {LV}}} - {\ frac {\ каппа} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {dL} {dA_ {SL}}} - {\ frac {V} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {dP} {dA_ {SL }}}}{\ displaystyle 0 = {\ frac {dA_ {LV}} {dA_ {SL}}} + {\ frac {\ gamma _ {SL} - \ gamma _ {SV}} {\ gamma _ {LV}}} - {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {dL} {dA_ {SL}}} - {\ frac {V} {\ gamma _ {LV} }} {\ frac {dP} {dA_ {SL}}}}

Изменение давления на свободной границе жидкость-пар происходит из-за давления Лапласа, которое пропорционально средней кривизне. Решение вышеуказанного уравнения для выпуклой и вогнутой поверхностей дает:

cos ⁡ (θ ∓ α) = A + B cos ⁡ (α) a ± C sin ⁡ (θ ∓ α) (cos ⁡ (θ) + 1) 2 (sin ⁡ (α) (cos ⁡ (α) + 2) (cos ⁡ (α) + 1) 2 ∓ sin ⁡ (θ) (cos ⁡ (θ) + 2) (cos ⁡ (θ) + 1) 2) {\ displaystyle \ cos (\ theta \ mp \ alpha) = A + B {\ frac {\ cos (\ alpha)} {a}} \ pm C \ sin (\ theta \ mp \ alpha) (\ cos (\ theta) +1) ^ {2} {\ biggl (} {\ frac {\ sin (\ alpha) (\ cos (\ alpha) +2)} {(\ cos (\ alpha) +1) ^ { 2}}} \ mp {\ frac {\ sin (\ theta) (\ cos (\ theta) +2)} {(\ cos (\ theta) +1) ^ {2}}} {\ biggr)}}{\ displaystyle \ cos (\ theta \ mp \ alpha) = A + B {\ frac {\ cos (\ alpha)} {a}} \ pm C \ sin (\ theta \ mp \ alpha) (\ cos (\ theta) +1) ^ {2} {\ biggl (} {\ frac {\ sin (\ alpha) (\ cos (\ alpha) +2)} {(\ cos (\ alpha) +1) ^ {2}}} \ mp {\ frac {\ sin (\ theta) (\ cos (\ theta) +2)} {(\ соз (\ theta) +1) ^ {2}}} {\ biggr)}}

где A = γ SV - γ SL γ LV {\ displaystyle A = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}}}{\ displaystyle A = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}}} , B = κ γ LV {\ displaystyle B = {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}}}{\ displaystyle B = {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}}} и C = γ 3 γ LV {\ displaystyle C = {\ frac {\ gamma} {3 \ gamma _ {LV}}}}{\ displaystyle C = {\ frac {\ gamma} {3 \ gamma _ {LV}}}} .

Это уравнение связывает краевой угол, геометрические свойства лежащей капли с термодинамикой объема, энергией на границе трехфазного контакта и средняя кривизна капли т. Для особого случая сидячей капли на плоской поверхности (α = 0) {\ displaystyle (\ alpha = 0)}{\ displaystyle (\ alpha = 0)} :

cos ⁡ (θ) = γ SV - γ SL γ LV + κ γ LV 1 a - γ 3 γ LV (2 + соз ⁡ (θ) - 2 соз 2 ⁡ (θ) - соз 3 ⁡ (θ)) {\ displaystyle \ cos (\ theta) = {\ frac {\ gamma _ {SV } - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}} + {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {1} {a}} - {\ frac { \ gamma} {3 \ gamma _ {LV}}} (2+ \ cos (\ theta) -2 \ cos ^ {2} (\ theta) - \ cos ^ {3} (\ theta))}{\ displaystyle \ cos (\ theta) = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}} + {\ frac {\ kappa} {\ gamma _ {LV}}} {\ frac {1} {a}} - {\ frac {\ gamma} {3 \ gamma _ {LV}} } (2+ \ cos (\ theta) -2 \ cos ^ {2} (\ theta) - \ cos ^ {3} (\ theta))}

В приведенном выше уравнении первые два члена представляют собой модифицированное уравнение Юнга, а третий член связан с давлением Лапласа. Это нелинейное уравнение правильно предсказывает знак и величину κ, сглаживание краевого угла в очень малых масштабах и гистерезис краевого угла.

Гистерезис краевого угла смачивания

Данная комбинация подложка-жидкость-пар на практике дает непрерывный диапазон значений краевого угла. Максимальный угол контакта называется углом контакта при продвижении, а минимальный угол контакта - углом контакта при удалении. Углы смачивания при приближении и удалении измеряются в динамических экспериментах, когда капли или жидкие мостики находятся в движении. Напротив, равновесный контактный угол, описываемый уравнением Юнга-Лапласа, измеряется из статического состояния. Статические измерения дают значения промежуточного угла контакта при продвижении и отступлении в зависимости от параметров осаждения (например, скорости, угла и размера капли) и истории капли (например, испарения с момента осаждения). Гистерезис контактного угла определяется как θ A - θ R {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {A}} - \ theta _ {\ mathrm {R}}}\ theta_ \ mathrm {A} - \ theta_ \ mathrm {R} , хотя термин также используется для описания выражения cos ⁡ θ R - cos ⁡ θ A {\ displaystyle \ cos \ theta _ {\ mathrm {R}} - \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}}}{\ displaystyle \ cos \ theta _ {\ mathrm {R }} - \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}}} . Статический, продвигающийся или отступающий контактный угол может использоваться вместо равновесного контактного угла в зависимости от применения. Общий эффект можно рассматривать как аналогичный статическому трению, т. Е. Для перемещения линии контакта требуется минимальное количество работы на единицу расстояния.

Угол контакта при продвижении можно описать как мера когезии жидкость-твердое тело, в то время как отступающий угол контакта является мерой адгезии жидкость-твердое тело. Углы смачивания при продвижении и удалении могут быть измерены непосредственно с использованием различных методов, а также могут быть рассчитаны из других измерений смачивания, таких как тензиометрия силы (также известный как метод Wilhemy-Plate ).

Углы смачивания и удаления могут быть измерены непосредственно из одного и того же измерения, если капли перемещаются по поверхности линейно. Например, капля жидкости будет принимать заданный угол контакта в статическом состоянии, но когда поверхность наклонена, капля будет первоначально деформироваться, так что площадь контакта между каплей и поверхностью остается постоянной. «Нисходящая» сторона капли будет иметь больший контактный угол, в то время как «восходящая» сторона капли будет иметь меньший контактный угол. По мере увеличения угла наклона углы контакта будут продолжать изменяться, но площадь контакта между каплей и поверхностью останется постоянной. При заданном угле наклона поверхности будут соблюдаться углы контакта при приближении и отступлении, и капля будет перемещаться по поверхности. На практике на измерения могут влиять поперечные силы и импульс, если скорость наклона велика. Метод измерения также может быть проблематичным на практике для систем с высоким (>30 градусов) или низким (<10 degrees) contact angle hysteresis.

). Измерения угла смачивания при движении вперед и назад могут выполняться путем добавления и удаления жидкости из капли, осевшей на поверхности. небольшой объем жидкости добавляется к капле, контактная линия все равно будет закреплена, и контактный угол увеличится. Аналогично, если небольшое количество жидкости будет удалено из капли, контактный угол уменьшится.

Уравнение Юнга предполагает однородную поверхность и не учитывает текстуру поверхности или внешние силы, такие как гравитация. Реальные поверхности не являются атомарно гладкими или химически однородными, поэтому капля будет иметь гистерезис краевого угла. Равновесный краевой угол (θ c {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {c}}}\ theta_ \ mathrm {c} ) можно вычислить из θ A {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {A}}}\ theta_ \ mathrm {A} и θ R {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {R}}}\ theta_ \ mathrm {R} , как было теоретически показано Тэдмор и c Экспериментально подтверждено Чибовски как,

θ c = arccos ⁡ (r A cos ⁡ θ A + r R cos ⁡ θ R r A + r R) {\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {c}} = \ arccos \ left ({\ frac {r _ {\ mathrm {A}} \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}} + r _ {\ mathrm {R}} \ cos \ theta _ {\ mathrm {R}}} { r _ {\ mathrm {A}} + r _ {\ mathrm {R}}}} \ right)}{\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {c}} = \ a rccos \ left ({\ frac {r _ {\ mathrm {A}} \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}} + r _ {\ mathrm {R}} \ cos \ theta _ {\ mathrm {R}}}) {r _ {\ mathrm {A}} + r _ {\ mathrm {R}}}} \ right)}

где

r A = (sin 3 ⁡ θ A 2 - 3 cos ⁡ θ A + cos 3 ⁡ θ A) 1/3; р R знак равно (грех 3 ⁡ θ R 2-3 соз ⁡ θ R + соз 3 ⁡ θ R) 1/3 {\ displaystyle r _ {\ mathrm {A}} = \ left ({\ frac {\ sin ^ {3 } \ theta _ {\ mathrm {A}}} {2-3 \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}} + \ cos ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {A}}}} \ right) ^ {1/3} ~; \ qquad r _ {\ mathrm {R}} = \ left ({\ frac {\ sin ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {R}}} {2-3 \ cos \ theta _ {\ mathrm {R}} + \ cos ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {R}}}} \ right) ^ {1/3}}{\ displaystyle r _ {\ mathrm {A}} = \ left ({\ frac {\ sin ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {A}}} {2-3 \ cos \ theta _ {\ mathrm {A}} + \ cos ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {A}}}} \ right) ^ {1 / 3} ~; \ qquad r _ {\ mathrm {R}} = \ left ({\ frac {\ sin ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {R}}} {2-3 \ cos \ theta _ {\ mathrm {R}} + \ cos ^ {3} \ theta _ {\ mathrm {R}}}} \ right) ^ {1/3}}

На шероховатой или загрязненной поверхности также будет гистерезис краевого угла, но теперь локальный равновесный краевой угол (уравнение Юнга теперь справедливо только локально) может изменяться от места к месту на поверхности. Согласно уравнению Юнга – Дюпре это означает, что энергия адгезии локально изменяется - таким образом, жидкость должна преодолевать локальные энергетические барьеры, чтобы смачивать поверхность. Одним из следствий этих барьеров является угол смачивания гистерезис : степень смачивания и, следовательно, наблюдаемый угол смачивания (усредненный по линии контакта) зависит от того, продвигается или удаляется жидкость по поверхности.

Поскольку жидкость продвигается по ранее сухой поверхности, но отступает от ранее влажной поверхности, гистерезис угла смачивания может также возникнуть, если твердое тело было изменено из-за его предыдущего контакта с жидкостью (например, в результате химической реакции или поглощения). Такие изменения, если они медленные, могут также привести к измеряемым зависящим от времени краям смачивания.

Влияние шероховатости на углы смачивания

Шероховатость поверхности сильно влияет на угол смачивания и смачиваемость поверхности. Эффект шероховатости зависит от того, будет ли капля смачивать канавки на поверхности или между каплей и поверхностью будут оставаться воздушные карманы.

Если поверхность смачивается однородно, капля находится в состоянии Венцеля. В состоянии Венцеля добавление шероховатости поверхности улучшит смачиваемость, обусловленную химическим составом поверхности. Корреляцию Венцеля можно записать как

соз ⁡ (θ m) = r cos ⁡ (θ Y) {\ displaystyle \ cos (\ theta _ {m}) = r \ cos (\ theta _ {Y})}{\ displaystyle \ cos (\ theta _ {m}) = r \ cos (\ theta _ {Y})}

где θ m - измеренный угол смачивания, θ Y - угол смачивания Юнга, а r - коэффициент шероховатости. Коэффициент шероховатости определяется как соотношение между фактической и прогнозируемой площадью твердой поверхности.

Если поверхность смачивается неоднородно, капля находится в состоянии Кэсси-Бакстера. Наиболее стабильный контактный угол может быть связан с контактным углом Юнга. Углы смачивания, рассчитанные по уравнениям Венцеля и Кэсси-Бакстера, оказались хорошими приближениями наиболее стабильных углов смачивания с реальными поверхностями.

Динамические краевые углы

Для жидкости, быстро движущейся по поверхности поверхности, краевой угол может быть изменен от его значения в состоянии покоя. Угол контакта при продвижении будет увеличиваться со скоростью, а угол контакта при удалении будет уменьшаться. Расхождения между статическим и динамическим углами смачивания тесно пропорциональны капиллярному числу, отмеченному C a {\ displaystyle Ca}{\ displaystyle Ca} .

Кривизна краевого угла

На основе межфазного энергии, профиль поверхностной капли или жидкого мостика между двумя поверхностями может быть описан уравнением Юнга – Лапласа. Это уравнение применимо для трехмерных осесимметричных условий и сильно нелинейно. Это связано с элементом средней кривизны, который включает произведения производных первого и второго порядка функции формы капли f (x, y) {\ displaystyle f (x, y)}f (x, y) :

κ m = 1 2 (1 + fx 2) fyy - 2 fxfyfxy + (1 + fy 2) fxx (1 + fx 2 + fy 2) 3/2. {\ displaystyle \ kappa _ {m} = {\ frac {1} {2}} {\ frac {(1+ {f_ {x}} ^ {2}) f_ {yy} -2f_ {x} f_ {y } f_ {xy} + (1+ {f_ {y}} ^ {2}) f_ {xx}} {(1+ {f_ {x}} ^ {2} + {f_ {y}} ^ {2}) ^ {3/2}}}.}{\ displaystyle \ kappa _ {m} = {\ frac {1} {2}} {\ frac {(1+ {f_ {x}} ^ {2}) f_ {yy} -2f_ {x} f_ {y} f_ {xy} + (1+ {f_ {y}} ^ {2}) f_ {xx}} {(1+ {f_ {x}} ^ {2} + {f_ {y}} ^ {2}) ^ {3/2}}}.}

Решение этого эллиптического уравнения в частных производных, которое определяет форму трехмерной капли, в сочетании с соответствующими граничными условиями, является сложным и альтернативным Обычно применяется подход к минимизации энергии. Формы трехмерных лежащих и висящих капель были успешно предсказаны с использованием этого метода минимизации энергии.

Типичные углы смачивания

Вид сбоку на очень широкую короткую каплю воды с малым углом контакта. Изображение с видео устройства определения угла смачивания. Капля воды на стекле с отражением внизу. Капля воды на поверхности листа лотоса с углами контакта приблизительно 147 °.

Углы контакта чрезвычайно чувствительны к загрязнению; значения, воспроизводимые с точностью до нескольких градусов, обычно достигаются только в лабораторных условиях с очищенными жидкостями и очень чистыми твердыми поверхностями. Если молекулы жидкости сильно притягиваются к молекулам твердого тела, то капля жидкости полностью растечется по твердой поверхности, что соответствует углу смачивания 0 °. Это часто случается с водой на голых металлических или керамических поверхностях, хотя присутствие оксидного слоя или загрязнений на твердой поверхности может значительно увеличить контакт. угол. Обычно, если угол контакта с водой меньше 90 °, твердая поверхность считается гидрофильной, а если угол контакта с водой больше 90 °, твердая поверхность считается гидрофобной. Многие полимеры обладают гидрофобными поверхностями. Высокогидрофобные поверхности, изготовленные из материалов с низкой поверхностной энергией (например, фторированный ), могут иметь углы контакта с водой до ≈ 120 °. Некоторые материалы с очень шероховатой поверхностью могут иметь угол контакта с водой даже более 150 ° из-за наличия воздушных карманов под каплей жидкости. Они называются супергидрофобными поверхностями.

Если угол смачивания измеряется в газе, а не в жидкости, его следует заменить на 180 ° минус их заданное значение. Углы контакта в равной степени применимы к границе раздела двух жидкостей, хотя они чаще измеряются в твердых продуктах, таких как сковороды с антипригарным покрытием и водонепроницаемые ткани.

Контроль углов контакта

Контроль краевого угла смачивания часто может быть достигнут посредством осаждения или включения различных органических и неорганических молекул на поверхность. Это часто достигается за счет использования специальных силановых химикатов, которые могут образовывать слой SAM (самоорганизующиеся монослои). При правильном выборе органических молекул с изменяющейся молекулярной структурой и количеством углеводородных и / или перфторированных окончаний контактный угол поверхности может регулироваться. Осаждение этих специальных силанов может быть достигнуто в газовой фазе с помощью специальных вакуумных печей или жидкофазного процесса. Молекулы, которые могут связывать больше перфторированных окончаний с поверхностью, могут приводить к снижению поверхностной энергии (высокий угол контакта с водой).

143>90,0
Влияние поверхностного фтора на угол смачиванияУгол смачивания водой
Предшественникна полированном кремнии (град.)
Геникозил-1,1,2,2-тетрагидрододецилдиметилтрис (диметиламиносилан)118,0
Гептадекафтор-1,1,2,2-тетрагидродецилтрихлорсилан - (FDTS)110,0
Нонафтор-1,1,2,2 -тетрагидрогексилтрис (диметиламино) силан110,0
3,3,3,4,4,5,5,6,6 -Нонафторгексилтрихлорсилан108,0
Тридекафтор-1,1, 2,2-тетрагидрооктилтрихлорсилан - (FOTS)108,0
BIS(Тридекафтор-1,1,2,2-тетрагидрооктил) диметилсилоксиметилхлорсилан107,0
Додецилтрихлорсилан - (DDDB)105,0
Диметилдихлорсилан - (DDMS)103,0
10-ундеценилтрихлорсилан - (V11)100,0
пентафторфенилпропилтрихлорсилан

Методы измерения

A Гониометр угла контакта используется для измерения угла контакта. Автоматический измеритель угла смачивания Полностью автоматический измеритель угла контакта может обеспечить угол контакта автоматически. Метод динамической лежащей капли

Метод статической лежащей капли

Угол контакта лежащей капли измеряется гониометром угла контакта с использованием оптической подсистемы для захватить профиль чистой жидкости на твердой подложке. Угол, образованный между поверхностью раздела жидкость – твердое тело и границей раздела жидкость – пар, является краевым углом. В более старых системах использовалась оптическая система микроскопа с задней подсветкой. В системах текущего поколения используются камеры и программное обеспечение с высоким разрешением для захвата и анализа угла смачивания. Углы, измеренные таким образом, часто довольно близки к углам смачивания. Равновесные краевые углы смачивания могут быть достигнуты за счет применения четко определенных вибраций.

Метод висячей капли

Измерение краевых углов смачивания для висящих капель намного сложнее, чем для лежащих капель из-за присущей им нестабильности перевернутых капель. Эта сложность еще больше усиливается, когда кто-то пытается наклонить поверхность. Недавно был разработан экспериментальный прибор для измерения углов смачивания подвесных капель на наклонных подложках. Этот метод позволяет наносить несколько микрокапель на нижнюю сторону текстурированной подложки, что может быть отображено с помощью камеры с высоким разрешением CCD. Автоматизированная система позволяет наклонять подложку и анализировать изображения для расчета углов контакта при приближении и удалении.

Метод динамического сидящего отбрасывания

Динамическое сидячее отбрасывание аналогично статическому сидящему отбрасыванию, но требует изменения его. Распространенный тип динамического исследования лежащих капель определяет максимально возможный угол смачивания без увеличения межфазной поверхности твердое тело-жидкость путем динамического добавления объема. Этот максимальный угол и есть угол продвижения. Объем удаляется, чтобы получить наименьший возможный угол, угол отхода. Разница между углом продвижения и удаления - это угол контакта гистерезис.

Динамический метод Вильгельми

Измерение динамического угла контакта стержня / волокна с помощью силового тензиометра. Измерение динамического угла контакта стержня / волокна с помощью тензиометра.

Метод вычисления среднего значения продвижения и удаления краевые углы на твердых телах однородной геометрии Обе стороны твердого тела должны иметь одинаковые свойства. Смачивающая сила на твердое тело измеряется, когда твердое тело погружается в жидкость с известным поверхностным натяжением или выводится из нее. Также в этом случае можно измерить равновесный контактный угол, применив очень контролируемую вибрацию. Эту методологию, называемую VIECA, можно довольно просто реализовать на всех весах Вильгельми.

Метод Вильгельми для одного волокна

Динамический метод Вильгельми, применяемый к отдельным волокнам для Измерьте углы смачивания и отвода.

Измерение угла смачивания мениска одного волокна. Измерение краевого угла смачивания мениска с одним волокном.

Метод с мениском с одним волокном

Оптический вариант метода Вильгельми с одним волокном. Вместо измерения с помощью весов форма мениска на волокне напрямую отображается с помощью камеры высокого разрешения. Автоматическая подгонка формы мениска может затем напрямую измерить статический, продвигающийся или отступающий угол контакта на волокне.

Метод капиллярного подъема по уравнению Уошберна

В случае пористых материалов возникло много вопросов, касающихся как физического смысла вычисленного диаметра пор, так и реальной возможности использования этого уравнения для расчета контактный угол твердого тела, даже если этот метод часто предлагается большей частью программного обеспечения как консолидированный. Измеряется изменение веса как функция времени.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

  • Пьер-Жиль де Жен, Франсуаза Брошар-Вяр, Давид Кере, Капиллярность и явления смачивания: капли, пузыри, жемчуг, волны, Springer (2004)
  • Якоб Исраэлашвили, Межмолекулярные и поверхностные силы, Academic Press (1985–2004)
  • DW Ван Кревелен, Свойства полимеров, 2-е пересмотренное издание, издательство Elsevier Scientific Publishing Company, Амстердам-Оксфорд-Нью-Йорк (1976)
  • Юань, Юэхуа; Ли, Т. Рэндалл (2013). «Угол смачивания и смачивающие свойства». Методы исследования поверхности. Серия Спрингера по наукам о поверхности. 51. DOI : 10.1007 / 978-3-642-34243-1. ISBN 978-3-642-34242-4. ISSN 0931-5195.
  • Клегг, Карл Упрощенный угол контакта, ramé-hart (2013), ISBN 978-1-300-66298-3
Последняя правка сделана 2021-05-15 10:46:12
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте