表面張力與潤濕性有什么關系？

潤(run)(run)濕是(shi)一種物(wu)理現象，通(tong)常(chang)是(shi)一相(xiang)(xiang)(xiang)在另一相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)進行覆蓋的(de)(de)過程(cheng)。潤(run)(run)濕性(xing)(xing)的(de)(de)好壞決定于兩相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)，比如(ru)固體-液(ye)(ye)體相(xiang)(xiang)(xiang)，只(zhi)有(you)液(ye)(ye)體的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)低(di)于固相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)時，潤(run)(run)濕才可(ke)以發(fa)生。表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)越(yue)(yue)小，潤(run)(run)濕性(xing)(xing)能越(yue)(yue)好。液(ye)(ye)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)任意二相(xiang)(xiang)(xiang)鄰部分(fen)之間垂直于它(ta)們的(de)(de)單位長度分(fen)界線(xian)相(xiang)(xiang)(xiang)互作用的(de)(de)拉力(li)。表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)的(de)(de)形(xing)成同(tong)處在液(ye)(ye)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)薄(bo)層(ceng)內的(de)(de)分(fen)子的(de)(de)特殊受力(li)狀(zhuang)態(tai)密切相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)。在生產(chan)過程(cheng)如(ru)果需要(yao)提(ti)升產(chan)品(pin)的(de)(de)潤(run)(run)濕性(xing)(xing)，必須通(tong)過降(jiang)低(di)液(ye)(ye)體的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)來實現，通(tong)常(chang)加入少量的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑就可(ke)以起到降(jiang)低(di)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)的(de)(de)效果。

什么是表面張力？

液體分子之間的內聚力負責稱為表面張力的現象。表面上的分子在所有面上都沒有相似的相鄰原子，因此它們在表面上與它們直接關聯的分子更強烈地結合在一起。這就形成了一個表面“膜”，這使得在物體被完全浸沒時移動物體比移動物體更困難。同樣的情況也適用于不混合在一起的兩種液體的界面。在這種情況下，使用界面張力。表面(mian)和界面(mian)張力有(you)幾個不同的單(dan)元。

界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，也叫液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，就是液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)與(yu)空氣間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)。在(zai)數值上與(yu)比界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)(neng)相等。固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)空氣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，就是固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)。固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)質，其表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)自由能(neng)(neng)不(bu)同，金屬和(he)(he)一(yi)般無機物表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)在(zai)100mN/m以上，稱為高能(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)；塑料等有機物表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)較(jiao)低(di)，稱為低(di)能(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，也叫液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，就是液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)與(yu)空氣間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)。在(zai)數值上與(yu)比界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)能(neng)(neng)相等。液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)與(yu)另(ling)一(yi)種不(bu)相混溶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)接觸，其界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)叫液(ye)(ye)(ye)(ye)相與(yu)液(ye)(ye)(ye)(ye)相間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)。液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)與(yu)固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)接觸，其界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)叫液(ye)(ye)(ye)(ye)相與(yu)固(gu)相間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)。液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，就是液(ye)(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)。固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)空氣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)(li)，就是固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)。固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)質，其表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)自由能(neng)(neng)不(bu)同，金屬和(he)(he)一(yi)般無機物表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)在(zai)100mN/m以上，稱為高能(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)；塑料等有機物表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)較(jiao)低(di)，稱為低(di)能(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。

表面張力是如何測量的？

平衡表面(mian)張(zhang)力(li)可以用力(li)或光學張(zhang)力(li)計(ji)測量。

力量測定法

由張(zhang)力(li)計(ji)進行(xing)的(de)(de)表面(mian)張(zhang)力(li)和界面(mian)張(zhang)力(li)的(de)(de)測(ce)(ce)量是(shi)基于(yu)探針(zhen)與兩種流體界面(mian)的(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)的(de)(de)力(li)測(ce)(ce)量。可以通過確保在開(kai)始實(shi)驗之前將(jiang)探針(zhen)的(de)(de)大(da)部分浸沒在光相(xiang)位中，像表面(mian)張(zhang)力(li)測(ce)(ce)量一樣執行(xing)界面(mian)張(zhang)力(li)測(ce)(ce)量。

在(zai)這些(xie)實驗中，一個探頭掛在(zai)天平上，并(bing)與測(ce)(ce)試的(de)(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)界面接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。當探針(zhen)(zhen)(zhen)與液(ye)(ye)體(ti)表面相互作用(yong)時，平衡所(suo)經歷的(de)(de)(de)力(li)可(ke)以用(yong)來(lai)計(ji)算表面張(zhang)力(li)。在(zai)這種(zhong)情(qing)況下(xia)存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)力(li)取決于以下(xia)因素：探針(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)和(he)(he)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)、液(ye)(ye)</span>/固相互作用(yong)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)角和(he)(he)液(ye)(ye)體(ti)的(de)(de)(de)表面張(zhang)力(li)。探針(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)和(he)(he)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)易(yi)于控(kong)制(zhi)。接(jie)(jie)觸(chu)(chu)角控(kong)制(zhi)為零（完(wan)全潤濕）。這是通(tong)過使用(yong)高能表面的(de)(de)(de)探針(zhen)(zhen)(zhen)來(lai)實現的(de)(de)(de)。注意?探針(zhen)(zhen)(zhen)由(you)鉑/銥合金(jin)制(zhi)成(cheng)，確保(bao)完(wan)全潤濕和(he)(he)容(rong)易(yi)和(he)(he)可(ke)靠的(de)(de)(de)清潔(jie)。力(li)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)數學解釋取決于所(suo)用(yong)探針(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)。通(tong)常使用(yong)兩種(zhong)類型的(de)(de)(de)探針(zhen)(zhen)(zhen)，即杜(du)氏環和(he)(he)威廉板。金(jin)屬(shu)棒也(ye)可(ke)以用(yong)來(lai)限制(zhi)液(ye)(ye)體(ti)樣品(pin)體(ti)積。

如何選擇最佳測量方法

接觸角與表面粗糙度

表(biao)面的化學和(he)(he)地形特性(xing)在許(xu)多不同的應用和(he)(he)過(guo)程(cheng)中是重要(yao)的參(can)數(shu)，其中潤(run)濕(shi)和(he)(he)粘附行為需(xu)要(yao)優化。潤(run)濕(shi)性(xing)可以(yi)通過(guo)測量基底與給定液體(ti)的接觸角來研究。著名的楊氏方(fang)程(cheng)描述(shu)了固體(ti)、液體(ti)和(he)(he)蒸氣三相接觸處的平衡。

界面張(zhang)力(li)，形成潤濕(shi)的(de)平衡接觸角

該圖(tu)顯(xian)示了理想(xiang)和真實表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)的(de)(de)(de)液滴。在理想(xiang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)，應(ying)(ying)用楊氏方程，并且測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)等于年輕接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)（上(shang)圖(tu)）。在實際表(biao)(biao)(biao)面(mian)上(shang)，實際接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)是與液體-蒸汽界面(mian)的(de)(de)(de)切線和固體（下部圖(tu)像(xiang)）的(de)(de)(de)實際局部表(biao)(biao)(biao)面(mian)之間(jian)的(de)(de)(de)夾(jia)角(jiao)。然而(er)，測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)（表(biao)(biao)(biao)觀(guan)）接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)是宏觀(guan)上(shang)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)液-氣界面(mian)的(de)(de)(de)切線和代表(biao)(biao)(biao)表(biao)(biao)(biao)觀(guan)固體表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)線之間(jian)的(de)(de)(de)夾(jia)角(jiao)。實際和明顯(xian)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)值可以基本上(shang)彼此偏離(li)。為了計算固體的(de)(de)(de)實際表(biao)(biao)(biao)面(mian)自由(you)能，應(ying)(ying)該使用實際的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)。

粗糙度與與濕潤性之間的關系

增加(jia)表(biao)面粗糙(cao)(cao)度會增強由表(biao)面的(de)化(hua)學引起的(de)潤濕性(xing)。例如(ru)(ru)，如(ru)(ru)果表(biao)面是化(hua)學疏水(shui)性(xing)的(de)，當添加(jia)表(biao)面粗糙(cao)(cao)度時，它將變得更疏水(shui)。

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