测量液体对固体的接触角

测量液体对固体的接触角

所谓水滴角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固-液-气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。

接触角测量仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。

接触角测量仪的工作原理

用水滴角测量仪本身附带的注射器针头将一滴待测液体滴在基质上。液滴会贴附在基质表面上并投射出一个阴影。投影屏幕千分计会使用光学放大作用将影像投射到屏幕上以进行测量。

这个投影屏幕千分计带有一个可调式标本夹，能够在垂直方向或轴向上对准图像；通过滑动屏幕可在水平方向上调整图像。锁定旋钮可将投影液滴固定在位。若要读取液滴角度，您需要找准从图像拐角接触点到图像最点之间的切线；请用专门校准的分度器标尺测量角度。

接触角测量仪的测量原理

接触角测量仪原理是固体板插入液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲。否则，液面将出现弯曲现象。因此，改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角。

其实有点类似于液滴高度/宽度法测量，运用圆方程式来拟合液滴的轮廓形状，从而计算出接触角。由于此方法假定了液滴(截面)的形状为圆的一部分，所以其适用范围只限于球状或接近球状的液滴。由于重力的影响，严格地讲，液滴的形状都偏离球型：偏离的程度随液滴的体积增大而增大；在同样的体积下，液体的比重越大，表面张力越小，偏离的幅度也越大。

接触角常用的测定方法

测定接触角的方法有多种，但可分为二类。一类是直接法、即直接测量接触角的大小；另一类是间接法、即通过其它物理量的测定以及该物理量与接触角之间的定量关系来计算出接触角的大小。常用测定物理量是长度及质量。第—类方法精度由测角器所决定；第二类则不但由测定长度或质量的仪器精度，而且还由它们间的定量关系式的准确度所决定。

1、长度测量法

直接法测口往往要先确定切线的位置，要做到准确就比较因难。采用长度测量法便能避免之。例如将液滴滴在固体表面上并拍下照片，只要测定液摘与平面接触面的半径和其高度。

2、直接测量法

这是广泛使用的方法，它是将掖滴直接滴在固体表面上或者在固--液界面上吹入一小气泡，直接或先拍下照片后再用量角器定接触角。如果固体是板条则可用斜板法测定：将试样板浸入液体中，侵慢使板倾斜至板面一边的液体呈水平，插入液体部分的板面与液面所成的角即为接触角。用测角器读取口的方法可得到精度为土1度。

3、重量测量法

它是利用测定表面张力的平板法来测定。上述都是测量固体平面值的方法，对于固体粉末，先将固体粉末压制成一多孔塞，测定将液体圧入(不润湿固体粉末)或者压出(润湿固体粉末)所需的压力，就可计算出来。

接触角测量仪的技术指标

1、测试分辨率：0.01°

2、测试精度：0.1°

3、光学系统：

(1)成像：标准CCD摄像机和连续变倍显微镜镜头；

(2)光源：可调亮度单色冷光LED背光光源，图像中液滴边缘分辨更清晰；

(3)指标：最快拍摄25帧/秒，显微镜放大率0.7-10倍连续变倍，成像分辨率55piexl/mm~315piexl/mm，水平分辨率750线。

4、测试方式：悬滴法、座滴法(静滴法)、转落法、插入法。

5、接触角分析方法：θ/2法、自动分析法。

6、拍摄图像方法：单张拍摄、连续间隔拍摄(慢存)、连续拍摄(快存)。

7、接触角测试范围：0<θ<180°图象分辨率：768×576×24位。

当球形液滴被拉平后，假设液体体积不变，这就意味着液体内部的某些分子被拉到表面并辅于表面上，因而使现面积变大，当内部分子被拉到表面上时，同样要受到向下的净吸力，这表面，把液体内部分子搬到液体表面时，需要克服内部分子的吸引力而消耗功。因此表面张力可定义为增加单位面积所消耗的功。按能量守恒定律，外界所消耗的功储存于表面，成为表面分子所具有的一种额外热能，也称为表面能。所以表面张力又称为表面自由焓。 表面张力的SI单位为N/m，是作用在单位长度长的力。当我们在试验时，扩大肥皂膜时表面积变大，肥皂膜收缩时，表面积变小，这意味着表面上的分子被拉入液体内部，肥皂膜收缩时，力的方向总是与液体平行和，因此，表面张力的方向也和表面平行，在活动金属丝收缩时，当然有垂直作用在金属丝框边缘上的力，所以表面张力也可认为是作用在金属丝框单位长度上的力。综上所述，可以得出结论，分子间可以引起净吸力，而净吸力引起的表面张力，表面张力永远和液体表面相切，。

二、影响表面张力的因素， 表面张力是液体包括固体表面的一种性质，而且是强度性质。有多种因素可以影响物质的表面张力。

1、物质本性，表面张力起源于净吸力，而净吸力取决于分子间的引力和分子结构，因此，表面张力与物质本性有关，例如水是极性分子，分子间有很强的吸引力。

 2、相界面性质：通常所说的某种液体的表面张力，是指该液体与含在本身蒸气时的空间相接触时的测定值，在与液体相接触的另一相物质的性质改变时，表面张力会发生变化。在液-气界面上，表面张力是液体分子相互吸引所产生的净吸力的总和，空气分子对液体分子的吸引可以忽略，但在液-液界面上。两种不同的分子也要相互吸引，因而降低了每种液体的净吸力，使新界面的张力比原有两个表面张力芦苇大的那个小些。

3、温度：温度升高时一般液体的表面张力都降低。温度升高，表面张力降低的定性解释，是因为温度升高时物质膨胀，分子间距离增大，故吸引力减弱，当然也可用温度升高时气-液两相的密度差别减小这个事实来说明。

4、压力：从气-液两相密度差和净吸力考虑，气相压力对表面张力是有影响的，因在一定温度下液体的蒸汽压不变，因此研究压力的影响只能靠改变空气或惰性气体的压力来进行，可是空气和惰性气体都在一定程度上特别是在高压下溶于液体并为液体所吸收，当然也有部分气体在液体表面上吸附，而且压力不同，溶解度和吸附量也不同，故用改变空气或惰性气体压力所测得的表面张力变化应是包括溶解、吸附，压力等因素的综合影响。

 三、测定液体表面张力的方法

1、毛细管上升法：当干净的玻璃毛细管插入液体中时，若此液体能润湿毛细管壁，则因表面张力的作用，液体沿毛细管上升，直到上塔尖的力被液注的重力所平衡而停止上升，这时测得液柱上升高度便能计算表面张力。

 2、环法：通常用铂丝制成圆挂环，将它挂在扭力秤上，然后转动扭力丝，使环缓缓上升。这时拉起来的液体吃不开圆筒时形，当环与液面突然脱离时，所需的zui大拉力，它和拉起液体的重力想等，也和沿环周围的表面张力反抗向上的拉力相等，因为液膜有内外两面。

3、气泡zui大压力法：试验时令毛细管管口与被测液体的表面接触，然后随着毛细管内外压差的增大，毛细管口的气泡慢慢长大，泡的曲率半径开始时从大变小，直到形成半球形。本方法与接触角无关，也不需要液体密度数据，而且装置简单，测定迅速，因此被广泛利用。

 四、测定固体表面张力的方法。 液体的表面张力主要是通过扩大表面积来实现的，固体有表面当然也应该有表面张力，但固体不同于液体，固体内部的原子或分子不像液体那样可以自由移动，因此固体表面张力的测定很困难，现在北京品智创思研发生产的表面张力仪很好的解决这一问题。