2021-02-04
當需要(yao)表(biao)征表(biao)面的(de)(de)潤(run)濕性和(he)附著性時(shi)，表(biao)面的(de)(de)化(hua)學(xue)性質和(he)形貌性質在許多不(bu)同的(de)(de)應(ying)用(yong)和(he)工藝(yi)中(zhong)都是重要(yao)的(de)(de)參(can)數。潤(run)濕性可以通過測(ce)量基材與給定液體(ti)間的(de)(de)接觸角(jiao)來(lai)研究。楊氏方程便描述了固、液、氣(qi)三相間的(de)(de)平衡：
其中γsv、γsl、γlv為(wei)界(jie)面張(zhang)力(li)，θγ為(wei)楊氏接觸(chu)角。楊氏方程假(jia)定材料表(biao)面化學均一(yi)，形(xing)貌光滑。然而在(zai)真(zhen)實(shi)的表(biao)面上述假(jia)定通常是不存在(zai)的，在(zai)真(zhen)實(shi)的表(biao)面上通常并不是一(yi)個(ge)平衡(heng)狀態下的接觸(chu)角值(zhi)，而是在(zai)前進角和后退角之間顯示一(yi)個(ge)接觸(chu)角范圍(wei)。
在(zai)理想表(biao)面(mian)(mian)上(shang)使用(yong)楊氏(shi)方(fang)程，測(ce)量的(de)(de)(de)接(jie)觸角(jiao)(jiao)為楊氏(shi)接(jie)觸角(jiao)(jiao)（見(jian)上(shang)面(mian)(mian)圖片）。在(zai)真(zhen)實(shi)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)上(shang)，實(shi)際接(jie)觸角(jiao)(jiao)是液體(ti)(ti)-流(liu)體(ti)(ti)界面(mian)(mian)的(de)(de)(de)切線與實(shi)際固(gu)體(ti)(ti)局部表(biao)面(mian)(mian)之間的(de)(de)(de)夾(jia)角(jiao)(jiao)（見(jian)下面(mian)(mian)圖片）。然而(er)，測(ce)量的(de)(de)(de)接(jie)觸角(jiao)(jiao)是在(zai)宏(hong)觀(guan)上(shang)看到的(de)(de)(de)，液體(ti)(ti)-流(liu)體(ti)(ti)界面(mian)(mian)的(de)(de)(de)切線和代表(biao)表(biao)觀(guan)固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)線之間的(de)(de)(de)夾(jia)角(jiao)(jiao)。實(shi)際接(jie)觸角(jiao)(jiao)值(zhi)和表(biao)面(mian)(mian)接(jie)觸角(jiao)(jiao)值(zhi)會有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)差(cha)異。在(zai)理論上(shang)計算固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)自(zi)由能時，應采用(yong)實(shi)際接(jie)觸角(jiao)(jiao)。
Wenzel方程描述了表面粗糙度與浸潤性之間的關系
粗(cu)糙(cao)度(du)(du)和潤濕性的關系(xi)是(shi)1936年(nian)Wenzel提出的，增加表(biao)(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)可提高(gao)表(biao)(biao)(biao)現化學(xue)性質引起(qi)的潤濕性。例(li)如(ru)，表(biao)(biao)(biao)面在(zai)化學(xue)上是(shi)疏(shu)水的，當(dang)增加表(biao)(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)時，將變得(de)更疏(shu)水。Wenzel方程的具體表(biao)(biao)(biao)述如(ru)下：
θm為(wei)測(ce)量(liang)所得接觸(chu)角，θγ為(wei)楊(yang)氏接觸(chu)角，r為(wei)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)度(du)(du)比(bi)率。粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)度(du)(du)比(bi)率的(de)定義為(wei)實(shi)際和投(tou)影實(shi)體表(biao)面(mian)(mian)積的(de)比(bi)值(zhi)（光滑表(biao)面(mian)(mian)r=1，粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)表(biao)面(mian)(mian)r>1）。需要注意的(de)是，Wenzel方程是基于(yu)液體*穿透粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)表(biao)面(mian)(mian)的(de)假設。Wenzel是一種近似(si)值(zhi)，對于(yu)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)表(biao)面(mian)(mian)來講液滴越大(da)測(ce)試結果(guo)越接近真實(shi)值(zhi)。由(you)此可(ke)知(zhi)，如(ru)果(guo)液滴比(bi)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)(cao)度(du)(du)尺度(du)(du)大(da)兩到三個數量(liang)級，則適用Wenzel方程。
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