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接觸角測量儀---什么是接觸角

發布時間: 2025-09-11  點擊次數: 241次

接觸角(Contact Angle,常用符號 θ 表示)是描述液體、固體、氣體三相交界處界面相互作用的核心物理量,直觀反映液體在固體表面的“附著與鋪展狀態",是衡量材料表面潤濕性的關鍵指標。
簡單來說,當一滴液體(如水滴)滴落在固體表面(如玻璃、塑料、金屬)后,不會無限擴散或收縮,最終會在固-液-氣三相交匯點形成一個穩定的“界面輪廓"——接觸角就是這個輪廓的切線與固體表面(水平方向)之間形成的夾角。

接觸角的核心意義在于通過數值判斷“潤濕性",可使用接觸角測量儀對接觸角進行精確測量。
接觸角的數值大小,直接對應液體在固體表面的兩種典型狀態,可快速判斷材料的“親液"或“疏液"特性(以最常見的“水"為測試液體時,稱為“親水"或“疏水"):

  • θ < 90°:親液性(親水)液體更易在固體表面鋪展,比如水滴滴在玻璃上會擴散成“水膜",此時接觸角通常在 30°–60° 之間,說明玻璃是親水材料。

  • θ > 90°:疏液性(疏水)液體更易在固體表面收縮成“球狀液滴",比如水滴滴在荷葉或不粘鍋表面,會形成圓潤的小球(接觸角通常在 100°–150°),說明這些材料是疏水材料。

特殊情況:當 θ ≈ 0° 時,液體鋪展(如水滴在干凈的金屬表面),稱為“超親液";當 θ ≈ 180° 時,液體幾乎不接觸固體(如水滴在超疏水涂層上),稱為“超疏液"。

接觸角的形成,本質是固體表面張力(γ_s)、液體表面張力(γ_l)、固液界面張力(γ_sl)三者相互作用達到平衡的結果,滿足物理公式“楊氏方程"(Young’s Equation):
γ_s = γ_sl + γ_l × cosθ;公式中,γ_s 反映固體表面吸引液體的能力,γ_l 反映液體自身收縮的能力,三者共同決定 θ 的大小。

這也意味著:接觸角不僅是“表面形態"的體現,更能間接反映固體表面的能量(表面能)、化學組成(如是否有親水/疏水基團)、微觀結構(如是否有納米凸起)等深層屬性——比如表面能高的材料(如金屬)更易親水(θ ?。?,表面能低的材料(如塑料)更易疏水(θ 大)。因此,使用接觸角儀進行測量是材料表面性能分析的重要手段,而接觸角測量儀則是實現這一測量的關鍵設備。




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