第十一章_润湿现象.ppt

* * 第十一章 润湿现象Wetting Phenomenon 讨论 l~s 界面的稳定程度，与三个界面有关 g 11·1 润湿的类型 润湿— s~g 界面被 s~l 界面取代 按取代方式划分 1. 沾湿： l s g s l 单位面积 沾湿功或粘附功：Wa=g l+g s –g sl 2. 浸湿： l g s g l s 单位面积 3. 铺展： g s l g s l 单位面积 另一种表示方法： S = Wa - Wc 浸湿功：Wi=g s –g sl 铺展功：S= g s–g l-g sl 11·2 接触角与杨氏方程 1. 接触角θ 是气-液界面通过液-体与固-液界面所夹的角。 不润湿，s~l 结合不牢固 θ θ 润湿，s~l 结合较牢固 完全润湿，s~l 结合最牢固 接触角可测，也可用杨氏方程求 2. Young’s Equation 接触角是三个张力共同作用达平衡的结果 θ 平衡时 Young’s Equation 润湿条件 3. 润湿类型判断 沾湿： 总可发生 θ≤180° 用接触角θ判断润湿过程： θ≤90° ?=0或不存在平衡接触角 浸湿： 铺展： 完全润湿 ?=90°可作为润湿的界限 ?90°, 可润湿； ?90°，不润湿。 11·3 毛细管体系的润湿 对于孔径均匀的毛细孔体系，润湿就是液体在毛细孔中的上升，液面上升的高度与曲面的附加压力有关。 附加压力： 毛细管水平放置或忽略重力影响，则cos?（接触角越小）和?l越大，推动液体进入毛细管内的压力就越大，润湿就越易进行。 杨氏方程代入附加压公式得： 表面活性物质可降低?l 和?s，而?l 的降低不利于润湿的进行。 ?p的大小只决定于固-气和固-液两界面张力之差，而与液-气界面张力无关。 解释原因： 对半径均匀的毛细管体系: 例外： 若?s ?sl ，则润湿过程可自动进行。 不存在平衡接触角的情况： ?l 越大， ?p越大，驱动液体进入毛细管的压力也越大。 对孔径不均匀的毛细管，情况更复杂： Yong氏方程不适用，cosθ仍可消去。 ①液体弯月面在AB线下时， ③若液体接触角大于45°，弯月面反向， ?p 变为负值； 有外力作用，液体才能继续渗入毛细管。 需更大的外力，液体才能润湿毛细管内壁。 ②若液体高于AB线，弯月面成平面， ?p =0； 对于圆锥形毛细管： 内壁随弯月面升高向内倾斜，则： ?a 是前进接触角； ?1是管内壁与水平面的夹角。 ①若?a +?1180°， 则?p 0； ③随弯月面的升高，圆锥形内壁向外倾斜， ②若?a +?1=90°,则?p 最大,是润湿的最佳条件； ?2是管外壁与水平面的夹角。 ①若?a 和?2均在90°之间，且 ?2 ?a ， 则 ?p 0； ?a 越大,?p 也越大。 毛细管体系的润湿比平固体表面的润湿复杂得多，除与? s，? sl和? l有关外，还与毛细管的形状和内壁相对于水平面的取向有关。 ②若?2 ?a ， 则 ?p 为负值； 结论： 11·4 非理想固体表面上的接触角 表面粗糙度和表面化学组成不均匀对接触角的影响。 11.4.1 表面粗糙度的影响 粗糙表面的表观接触角： 表观接触角不符合Yong方程，需加一校正因子——粗糙因子r 粗糙因子r: 真实面积与表观面积之比。 Wenzel方程： ② ?90°时，且 ?′ ?，即原来不易润湿的表面粗糙后更不易润湿 。 ① ?90°时，且 ?′ ?，即粗糙表面较易被液体所润湿； 液滴的亚稳平衡状态： 液滴两边的?虽相等，但表观前进角 和表观后退角 则不等，且前进角总是大于后退角，即所谓接触角的滞后。 两种不同化学组成的表面组合而成的理想光滑平面，表面自由能之间的关系： 若组合小块面积大且分布不均匀，则出现接触角滞后现象。 ?c为液体在组合表面上的接触角。 根据Yong方程，代入上式可得Cassie方程 11.4.2 表面化学组成的影响 对于筛孔物质：x2为孔眼的面积分数， 则： 对于孔性表面,若x2增加,则表观接触角增加. 11.4.2 接触角的测定 几种常用接触角的测定方法; 1 躺滴或气泡法 用低倍显微镜的目镜上安装量角器直接测量 优点：样品用量少，仪器简单，测量方便，准确度一般在±1°左右。 如图：重力作用变形的液滴，接触角可通过长度测量按下式计算： h 为液滴高度， d为滴底的直径。 液滴在纤维上接触角的测量： 粗糙表面前进角和后退角的测量： 增加液滴时测前进角， 减小液滴时测后退角。 2 吊片法 若接触角大于零,则可利用下式计算接触角： W—吊片所受之力， P —吊片周长， V —吊片伸如入液面下的体积， ?—液体的密度。 改变