我們每(mei)天都(dou)會接(jie)觸表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力。用非(fei)專業的(de)術(shu)語(yu)來講，這(zhe)種被稱(cheng)為表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)化(hua)學現(xian)象(xiang)，描述了兩個表(biao)(biao)面(mian)發生接(jie)觸時(shi)，液(ye)體(ti)的(de)凝聚現(xian)象(xiang)。這(zhe)也是物體(ti)表(biao)(biao)面(mian)清理(li)時(shi)會遇(yu)到的(de)最重(zhong)要的(de)障礙之(zhi)一(yi)。

在這種狀態下(xia)，液(ye)(ye)體分(fen)子(zi)彼此間(jian)的(de)(de)吸引(yin)力會比與其(qi)周圍(wei)的(de)(de)物體表面間(jian)的(de)(de)引(yin)力更大(da)。解釋一下(xia)，就是當(dang)液(ye)(ye)體團聚成一個有著最小(xiao)表面積的(de)(de)形態后，表面下(xia)的(de)(de)分(fen)子(zi)會對其(qi)上的(de)(de)分(fen)子(zi)施加(jia)作用(yong)力。

值得探索的表面張力

高表面(mian)張力(li)(li)的液體會(hui)(hui)形成三(san)維(wei)的球狀或氣泡狀。低表面(mian)張力(li)(li)的物料在其他表面(mian)上(shang)鋪展并流動，也會(hui)(hui)呈現(xian)三(san)維(wei)結構(gou)。

簡(jian)言之(zhi)，“分(fen)(fen)子(zi)間內聚(ju)力”將液(ye)體里的分(fen)(fen)子(zi)團聚(ju)，使(shi)其互(hu)相(xiang)粘附(fu)。但是，其中(zhong)一(yi)些液(ye)體分(fen)(fen)子(zi)來到液(ye)體外圍，接(jie)觸了不(bu)同的物質(zhi)（如(ru)玻璃、塑料、或空氣(qi)）。它們不(bu)能(neng)形(xing)成化學(xue)鏈接(jie)，也(ye)因此強化了彼此之(zhi)間的聯系。

水(shui)的表(biao)面(mian)張力(li)是(shi)73達(da)因/厘(li)(li)米，表(biao)面(mian)張力(li)是(shi)雨滴為球形的原因。水(shui)銀的表(biao)面(mian)張力(li)為484達(da)因/厘(li)(li)米。當我們(men)將水(shui)銀灑(sa)落在(zai)一個平整(zheng)的表(biao)面(mian)時，可以得到很多液滴。但另一方(fang)面(mian)來(lai)看，表(biao)面(mian)張力(li)可能會產(chan)生并發(fa)癥。由(you)于表(biao)面(mian)張力(li)高，要(yao)對微小(xiao)的元器(qi)件、具有壓鉚螺母(mu)柱的印刷電路板（PCBs）、或者對小(xiao)孔(kong)和小(xiao)洞進行清洗(xi)是(shi)非常具有挑戰性的。

但很(hen)重要(yao)的是，你(ni)要(yao)理(li)解表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)并不(bu)是影(ying)響清潔效果(guo)的唯一因素。其他(ta)屬性(xing)，如密(mi)度、材料的兼容性(xing)、價格、處理(li)、氣味、和(he)包(bao)裝等，它們(men)的重要(yao)性(xing)也絕不(bu)遜(xun)于表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)。但最后，在(zai)所有其他(ta)因素都相(xiang)同的情況下，一個低表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)的清潔劑，效果(guo)要(yao)遠遠超過(guo)高表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)的清潔劑。

更低的(de)(de)(de)表面張(zhang)(zhang)力，表明(ming)該(gai)產品(pin)的(de)(de)(de)清(qing)(qing)潔(jie)效果更好。將表面張(zhang)(zhang)力和其(qi)(qi)他(ta)(ta)化(hua)學(xue)性質相結合，可以用來開發出(chu)一(yi)個(ge)可以預(yu)測搭配其(qi)(qi)他(ta)(ta)化(hua)學(xue)特性清(qing)(qing)洗方案效能的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)。這里指(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)就是“潤濕(shi)指(zhi)(zhi)數”，它是清(qing)(qing)潔(jie)行業(ye)一(yi)個(ge)可以非常精準的(de)(de)(de)預(yu)測清(qing)(qing)潔(jie)效果的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)。但也要注(zhu)意，表面張(zhang)(zhang)力并非是影響表面清(qing)(qing)潔(jie)效果的(de)(de)(de)唯一(yi)因(yin)素。如果使用的(de)(de)(de)是氣溶膠(jiao)清(qing)(qing)潔(jie)劑，降低表面張(zhang)(zhang)力的(de)(de)(de)優勢(shi)在某些情況下并不明(ming)顯。但是，這卻是一(yi)個(ge)很有潛力的(de)(de)(de)、非常有趣的(de)(de)(de)主意。值得(de)將它們(men)在各種復雜的(de)(de)(de)應(ying)用中(zhong)進(jin)行測試的(de)(de)(de)。

當需要進(jin)行精密清(qing)(qing)洗(xi)(xi)-主要是用于(yu)蒸汽脫脂-時，具有(you)更低(di)表面(mian)張力(li)的清(qing)(qing)洗(xi)(xi)液將優于(yu)高(gao)表面(mian)張力(li)的清(qing)(qing)洗(xi)(xi)液。由于(yu)具有(you)更低(di)的表面(mian)張力(li)，清(qing)(qing)洗(xi)(xi)液可以(yi)更容易地進(jin)入(ru)到(dao)小裂縫中。它將直接影響清(qing)(qing)洗(xi)(xi)液對表面(mian)潤濕(shi)的能力(li)，否則(ze)很(hen)難做到(dao)有(you)效清(qing)(qing)洗(xi)(xi)。

 對(dui)于金屬電鍍，在(zai)電鍍槽(cao)(cao)和(he)需要電鍍的(de)材料間有(you)效且一致(zhi)的(de)表面接觸(chu)，對(dui)于最終成品的(de)整體質量(liang)至關重要。用特定的(de)工(gong)具(ju)對(dui)電鍍槽(cao)(cao)的(de)表面張力和(he)電鍍槽(cao)(cao)內潤濕劑的(de)濃度進(jin)行(xing)測量(liang)。

在(zai)(zai)含有金屬離子(zi)的鍍(du)(du)(du)液(ye)中(zhong)(zhong)起濕(shi)潤劑(ji)的作(zuo)用的表面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)就出(chu)現了。這些助劑(ji)保證了電鍍(du)(du)(du)液(ye)的表面(mian)(mian)張力足(zu)夠(gou)低，可以(yi)讓電鍍(du)(du)(du)液(ye)均(jun)勻地擴(kuo)散到(dao)整個(ge)工件表面(mian)(mian)，并(bing)填(tian)充表面(mian)(mian)上的微縫(feng)而(er)不會黏著在(zai)(zai)縫(feng)隙里。此外，正確使用表面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)可以(yi)防止由陰(yin)極(ji)產生(sheng)的氫(qing)氣泡在(zai)(zai)被涂層金屬中(zhong)(zhong)形成凹坑(keng)。

液(ye)體表面(mian)張力是(shi)液(ye)體潤濕性質的(de)(de)(de)最關鍵指標，可以用張力計來精確測量。也可以使用同樣的(de)(de)(de)方法來測量臨界(jie)膠束(shu)濃度（CMC），臨界(jie)膠束(shu)濃度可以提供(gong)討論中的(de)(de)(de)表面(mian)活性劑(ji)的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)方面(mian)的(de)(de)(de)信息。

最(zui)好(hao)是通過測(ce)量表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力的(de)(de)依賴濃(nong)度(du)來監測(ce)潤濕劑(ji)(ji)的(de)(de)用量，以保(bao)證(zheng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)的(de)(de)添加(jia)是經濟(ji)且有效的(de)(de)。但是，當表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)的(de)(de)濃(nong)度(du)超過臨界膠束(shu)濃(nong)度(du)（CMC）后(hou)-這在電(dian)鍍(du)槽中是常(chang)見(jian)的(de)(de)情形，靜態表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力并不會隨(sui)著溶(rong)液中表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)濃(nong)度(du)的(de)(de)增加(jia)而繼續(xu)變化。幸運的(de)(de)是，在我(wo)們這里，我(wo)們記錄動態表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力的(de)(de)氣泡壓(ya)力傳感器(qi)是濃(nong)度(du)依賴性(xing)(xing)的(de)(de)。因(yin)此，它可以作(zuo)為表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)隨(sui)時間變化損失的(de)(de)一種良好(hao)標示。我(wo)們通過實驗室儀器(qi)創(chuang)建一個參考曲線，然(ran)后(hou)，通過我(wo)們的(de)(de)便攜式(shi)儀器(qi)法(fa)，就可以立即對電(dian)鍍(du)槽進行快速含量測(ce)試。

雖然(ran)希望(wang)通過表(biao)面活性劑(ji)的添加來獲取表(biao)面張(zhang)力降(jiang)低的影響，但并不希望(wang)產生(sheng)泡沫。

假設(she)一個人要進行(xing)電鍍(du)或(huo)陽極氧化操作。在(zai)那種情況下，加工過程中形成的氣泡上(shang)升到液(ye)(ye)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)并破裂，導致(zhi)損(sun)傷。在(zai)爆發時，鉻酸液(ye)(ye)滴被瞬(shun)間(jian)釋放(fang)到周圍的空氣中。在(zai)槽槽中加入(ru)潤濕(shi)劑，可以降低(di)液(ye)(ye)體(ti)(ti)的表(biao)面(mian)張力，從而減少(shao)液(ye)(ye)滴的產生(sheng)。

在這(zhe)個步驟中(zhong)，使(shi)用(yong)滴重計或者表(biao)面張力計測量電(dian)(dian)鍍槽的表(biao)面張力，以確保(bao)電(dian)(dian)鍍槽中(zhong)有足夠的潤濕劑(ji)。

一種新型聚合物涂層可以跨越超過150毫米的長度而不流失任何液體

據(ju)報道，2021年，多倫多大(da)學的研究(jiu)人(ren)員(yuan)開發了一種(zhong)新型涂(tu)層(ceng)，可以讓某(mou)些液體從其表(biao)面通過而不會有(you)液量(liang)損失。這種(zhong)涂(tu)層(ceng)是由(you)Kevin Golovin教授領導(dao)的持(chi)久驅避工程先進材料(DREAM)實驗室(shi)研制的。該涂(tu)層(ceng)可以助力各個(ge)領域(yu)的發展，包(bao)括(kuo)醫(yi)療測試和(he)表(biao)面清潔。該研究(jiu)的論(lun)文已(yi)經(jing)發表(biao)在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上(shang)。

據該大學介紹，目前的(de)微(wei)流控設備是有限制的(de)。它們只(zhi)能有效(xiao)處理具有高表面(mian)張力或高內聚力的(de)液(ye)體，如水。微(wei)流控被(bei)定(ding)義為一(yi)個場域，在(zai)其中(zhong)，少量的(de)液(ye)體通(tong)(tong)過(guo)細微(wei)通(tong)(tong)道(dao)進行傳輸，傳輸通(tong)(tong)道(dao)通(tong)(tong)常(chang)不超過(guo)一(yi)毫米寬(kuan)。

與(yu)低(di)表面(mian)張力(li)的(de)液(ye)體，如醇類和其他(ta)溶劑相比，這些高表面(mian)張力(li)的(de)液(ye)體傾(qing)向于相互粘附(fu)(fu)在(zai)(zai)一起，而(er)非被拉入(ru)到通(tong)道的(de)各(ge)個側(ce)面(mian)，實現自(zi)我運輸。與(yu)玻(bo)璃(li)上的(de)雨滴相比，低(di)表面(mian)張力(li)的(de)液(ye)體傾(qing)向于粘附(fu)(fu)在(zai)(zai)通(tong)道的(de)側(ce)面(mian)，而(er)非各(ge)自(zi)獨立流動。據觀(guan)察，它們在(zai)(zai)液(ye)滴完(wan)全分(fen)解之前僅(jin)僅(jin)移動了(le)10厘(li)米(mi)左右。

由(you)于毛細管作(zuo)用對(dui)這些材(cai)料不起作(zuo)用，因(yin)此，就需(xu)要(yao)額外的(de)力量，如磁力或熱量，將這些液(ye)滴進行運送。另一方面(mian)，涂層溶液(ye)的(de)開發(fa)研究從自然世界(jie)中獲得靈感，同(tong)時考慮(lv)其他(ta)移動材(cai)料的(de)方法。

考慮(lv)到(dao)要(yao)搭建具備微流控(kong)的(de)(de)(de)材(cai)料，多倫多大學(xue)的(de)(de)(de)研究小組采用了(le)兩(liang)支最近開發的(de)(de)(de)聚合物涂料，兩(liang)支涂料都是采用類液(ye)(ye)高分子刷技術來(lai)研制的(de)(de)(de)。其中一(yi)支比另一(yi)支更耐液(ye)(ye)體。由于(yu)這些聚合物的(de)(de)(de)戰略性組合，以更具防(fang)水抗性的(de)(de)(de)涂層(ceng)作為背景，包圍著抗性更低的(de)(de)(de)涂層(ceng)，在將要(yao)加工的(de)(de)(de)物體表面(mian)形成了(le)微觀通(tong)道(dao)。順(shun)著這個通(tong)道(dao)，液(ye)(ye)體以特定(ding)的(de)(de)(de)模(mo)式(shi)或(huo)方向進行傳(chuan)輸(shu)，而(er)不會有(you)任(ren)何(he)的(de)(de)(de)液(ye)(ye)體流失或(huo)者且(qie)在傳(chuan)輸(shu)時也(ye)不會有(you)額外的(de)(de)(de)能量(liang)輸(shu)入。

科學(xue)家們(men)發現(xian)，這(zhe)種新型涂層可以跨越超過150毫米的(de)長度而不流失(shi)任何液(ye)體，幾乎是目前允許的(de)最大距(ju)離的(de)15倍。

基于這(zhe)些結(jie)果，在(zai)將(jiang)(jiang)來，液體可(ke)能(neng)可(ke)以(yi)被(bei)移動到更遠的(de)(de)(de)距(ju)離，或者沿(yan)著特(te)定的(de)(de)(de)線(xian)路攜帶(dai)著其他(ta)液體一起移動，甚至有(you)可(ke)能(neng)進(jin)行(xing)液滴的(de)(de)(de)合并或分(fen)裂，而不會(hui)有(you)任何(he)數量上的(de)(de)(de)損失(shi)，或暴露而交叉污染。在(zai)理想(xiang)世界，只需要(yao)一到兩滴血，該涂(tu)料將(jiang)(jiang)會(hui)在(zai)幾分(fen)鐘內就能(neng)識別出各(ge)種(zhong)疾病。另外，該方案(an)將(jiang)(jiang)會(hui)為芯片(pian)實(shi)驗室和其他(ta)相關技術的(de)(de)(de)研發鋪平道路。除此(ci)之外，該涂(tu)料還可(ke)以(yi)用于其他(ta)各(ge)種(zhong)的(de)(de)(de)應用，例如，可(ke)以(yi)縮小通(tong)常(chang)在(zai)化學實(shi)驗室中進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)常(chang)規(gui)分(fen)析程序。

此外(wai)，這項新(xin)技術還有(you)助于(yu)減少研究實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)廢棄物。由于(yu)在實(shi)驗(yan)室(shi)儀器表面沒有(you)殘(can)余物殘(can)留，也因此避免(mian)了交(jiao)叉污染(ran)的(de)可能性，研究人員(yuan)可以重復使用同一臺儀器，而不需要(yao)擔(dan)心(xin)這些問題。