表面张力接触角

为了提高我们在未来的生活质量和保护环境，开发新的表面工程材料和产品已成为当今科学研究众多领域的重点。准确的表征材料表面和液体的性能对于开发新的性能更好、质量更佳的产品是至关重要的。对接触角和表面/界面张力进行测量，可以更好地理解固/液、液/液之间的相互作用。这些相互作用对于理解固体表面的粘接性、材料润湿性、生物相容性、润滑性，以及液体的浸润、洗涤性、扩散和吸附十分重要。在采用现代复杂的表面工程技术进行开发和改进液固表面时，接触角和表面/界面张力的测量手段可以提供所需要的信息。

接 触 角

接触角θ是一个由液、气、固三相交界的边缘形成的角度。如图所示，液滴的形状是由三相的界面张力控制的。θ是一种液体相对一种固体的润湿性的定量

表征，也可以用于表面处理和表面清洁的质量控制手段。

表 面 张 力

表面张力γ的产生，是因为液体内部的分子受到各个方向的同等引力，而表面的分子受到的朝液体方向的力大于朝空气方向的力。因此就发生表面的自发收缩。对于洗涤、润湿、乳化和其它表面相关问题，γ可以特别灵敏的进行表征。

静态 和 动态接触角

一个附着在固体基面上的液滴就会产生静态接触角。静态接触角的值取决于相互作用的影响。另一种方法是确定动态接触角。如果三相（液/固/蒸汽）边界是运动的，则产生的接触角称为前进接触角和后退接触角。通过公式来拟合液

滴的形状，并计算在三相边界线上的切线斜率，就可以得到接触角。

悬 滴 法

悬滴法提供了一种十分简便的途径，来确定一种液体（气/液界面）的表面张力，或者两种液体（液/液界面）之间的界面张力。采用悬滴法，通过分析在注射管尖悬挂的液滴形状来确定表面/界面张力。CAM 200将Young-Laplace 方程应用于液滴图像，以计算表面和界面张力。这种技术特别精确，并能够在上升的

温度和压力下进行。

如何使用CAM 200测量接触角和表面张力 ?

CAM 200通过分析液滴的形状来确定静态或动态接触角、液体的吸附和表面/界面张力。真正32位的图像分析软件，基于WINDOWS95/98/NT操作系统。对于通过光学技术精确测量接触角和表面/界面张力，有两个关键因素：图像质

量和图像分析方法。

图像质量取决于光源、透镜和仪器的图像获取。CAM 200采用一种独特的单色闪光灯，产生高质量的图像且极少的样品发热。其远焦镜头和高精度的CCD

照相机确保获取和送入软件的图像不发生变形或模糊。

图像分析是指对存储在计算机内的图像进行分析。液滴剖面图取自存储的图像且具有高像素精确度。然后将这个剖面图按照Young-Laplace方程进行拟合。整个拟合曲线可用于计算接触角或表面张力。这种处理方法比传统的液滴图像参数计算方法具有一个重要的优点。Circular法、多项式法和Bashford-Adams法（软件也可以实现这些计算方法）仅使用液滴剖面图的部分进行分析，常常

会产生错误的结果，特别是对于大液滴的接触角更是如此。

软件计算下列参数：

l 静态或平衡接触角 l 悬滴（气泡）表面/界面张力 l 前进和后退接触角 l 静态和动态表面/界面张力 l 附着液滴（气泡）表面张力l 临界胶束浓度

l 吸附

l 润湿

l 液滴体积 l 乳液和泡沫的稳定性 l 液滴基线长度 l 表面活性剂、蛋白质或聚合物在界面上l 九种表面自由能计算方法：的吸附和竞争

l 界面流变性能表征 Zisman；WORK；Extended Fowkes；

Wu；Acid-Base；Equation of State；l 界面面积的控制收缩或膨胀（正弦、线Simple Fowkes；Schultz 1；Schultz 2性、阶跃和齿）