接触角的测定实验报告.doc

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液-固界面接触角的测量实验报告
一、实验目的
1. 了解液体在固体外表的润湿过程以及接触角的含义与应用。
2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面力测量仪测定接触角和外表力的方法。
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。将液体滴在固体外表上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的那么粘附在外表上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，那么称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，那么称为浸湿。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。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。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外表铺展开来，或以与固体外表成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
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图2 接触角
假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面力来表示，那么当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面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-液界面力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反响物质与液体润湿性关系的重要尺度。
在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：
粘附润湿Wa=γSG-γSL+γLG≥0(2)
铺展润湿 S=γSG-γSL-γLG≥0 (3)
式中Wa，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。
假设将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果：
Wa=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ)(4)
S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)
以上方程说明，只要测定了液体的外表力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，
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