接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角θ,是润湿程度的量度。
若θ<90°,则固体是亲液的,即液体可润湿固体,其角越小,润湿性越好;若θ>90°,则固体是憎液的,即液体不润湿固体,容易在表面上移动,不能进入毛细孔。
润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上,当达到平衡时,形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式(Young Equation):
γs,g = γs,l + γg,l×cosθ
由它可以预测如下几种润湿情况:
1)当θ=0,*润湿;
2)当θ﹤90°,部分润湿或润湿;
3)当θ=90°,是润湿与否的分界线;
4)当θ﹥90°,不润湿;
5)当θ=180°,*不润湿。
毛细现象中液体上升、下降高度h。h的正负表示上升或下降。
浸润液体上升,接触角为锐角;不浸润液体下降,接触角为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数/(液体密度*重力加速度g*液面半径R)。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/(液体密度*重力加速度g*毛细管半径r)。
润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。
接触角主要用途:研究固/液界面特性、固体的表面性质、液体对固体的润湿性以及液体在固体基底上的扩散或吸附性:
● 基底上(如薄膜、金属、多聚物、木块等)涂层(如油漆、胶水、硅树脂等)的吸附
● 液体(如墨水或化学试剂)在纸张上的扩散和润湿性
● 物理和化学表面处理(等离子体处理等)
● Si片的清洗控制(半导体工业中Si片清洗后的表面化学特性)
● 多聚物基底上的矿物材料吸附性