实验七平滑固体表面液体的接触角_表面活性剂、胶体与界面化学实验-QQ阅读中文轻小说网

上QQ阅读APP看书，第一时间看更新

实验七　平滑固体表面液体的接触角

一、实验目的

1.理解固体表面的润湿过程、接触角和Young（杨氏）方程。

2.学习OCA40光学接触角测量仪测定接触角的方法。

二、实验原理

润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则黏附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为黏附润湿。如果液体不黏附而保持椭球状，则称为不润湿。此外，如果能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。

图1　各种类型的润湿

当液体与固体接触后，体系的自由能降低。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。

图2　Young润湿方程

假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即：

γsg-γsl=γlg·cosθ　　（1）

式中，γsg、γlg、γsl分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是液体在固体表面达到平衡时，在气、液、固三相交界处，自固-液界面经液体内部到气-液界面的夹角，称为接触角。

接触角的测量在材料防护、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有重要应用。如，在选矿之前测量矿物对水的接触角，矿物对水的接触角越大，表明其疏水性越大，可浮性也越大；在一定浓度范围内，农药稀释液的表面张力与其在植被表面的接触角呈正相关，故降低药液表面张力，减小其在植被表面的接触角，可增强药液在植被表面的润湿和附着性能，有利于提高药效。决定和影响润湿作用的因素很多，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响、固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响、表面污染等都会影响实验的结果。在实验操作过程中，液体在基底上形成的液滴的大小对接触角的测量也有较大的影响，液滴太小受挥发影响过大，液滴太大则重力因素显著。

接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同，可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率，可分为静态接触角、动态接触角（又分前进接触角和后退接触角）和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法，它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。本实验采用座滴法测量水滴在不同固体表面的液-固表面接触角。

三、实验仪器和试剂

仪器：OCA40光学接触角测量仪。

实验材料：玻璃，聚四氟乙烯。

四、实验步骤[1]

1.开机

（1）先打开主机开关，再点击电脑屏幕上SCA20操作软件快捷键，软件将进入Live Video界面。

（2）在Live Video界面，点击“file”下拉菜单在“new window”项下点开“result collection window”。

（3）点击“window”下拉菜单，点开“device control bar”，页面右方出现控制窗口，包含“Dispense units”、“EMD-Device”、“XYZ Table”、“XY plane”、“Illumination”、“Optics”、“Temperature sensor”，点开即得相应小控制窗口。

2.显示影像

（1）在Live Video界面，点击激活“manual mode”（手动模式），此时画面背景颜色由蓝色转成红色。

（2）安装注射器。详见下图，程序如下：

先使用A键，下移注射平台；再将注射器推入D槽，并轻轻地旋紧右侧旋钮；然后，使用B键，上移注射平台，使其与注射器活塞相接触；最后，锁紧C活塞夹（注意：注射器安装完毕，再次点击手动模式键，恢复至电动模式）。

（3）图像聚焦。手动旋转支架台旋钮，使注射针口进入视野。先调整“Illumination”，使亮度适宜（即针口图像显示）。调整“Optics”，对图像聚焦（先手动鼠标拉滑块粗调再精调）。