2023-12-18
接觸角測(cè)量通常用于評(píng)估表面的潤(rùn)濕性。除了使用光學(xué)接觸角測(cè)量外，也可用力學(xué)法張力儀測(cè)量—Wilhelmy法。
• Wilhelmy板法的基本原理
Wilhelmy板是指具有一定尺寸的薄板，通常用于分別測(cè)量氣液界面或液液界面之間的表面或界面張力。然而，相同的測(cè)量原理也可用于測(cè)量板或桿的接觸角。
Wilhelmy板法基于測(cè)量部分浸入液體中的板上的力F，作用在板上的力可以寫(xiě)成：
P是板的周長(zhǎng)，γ是液體的表面張力，ρ是液體的密度，A是板的表面積，h是浸潤(rùn)深度，g是重力常數(shù)。等式右側(cè)的項(xiàng)由潤(rùn)濕力引起，第二項(xiàng)由浮力引起。
在下圖中，作用在板上的力在浸潤(rùn)循環(huán)中的各步驟都有說(shuō)明。首先，將板懸掛在天平上，測(cè)得的力是由板的質(zhì)量引起的。在測(cè)量開(kāi)始時(shí)天平通常歸零（階段1）。當(dāng)板接觸自動(dòng)檢測(cè)的液體表面時(shí)（階段2）。當(dāng)板浸入時(shí)，施加在板上的力是由潤(rùn)濕力、板的質(zhì)量和浮力（階段3）引起的。通過(guò)歸零平衡，板的質(zhì)量被扣除。
前進(jìn)角和后退角可以分別通過(guò)零深度處理前進(jìn)曲線和后退曲線的線性回歸來(lái)解決。
當(dāng)使用Wilhelmy板進(jìn)行表面張力測(cè)量時(shí)，板通常由鉑制成，以確保被測(cè)液體與板之間的接觸角為0。這導(dǎo)致cosθ=1，當(dāng)板的周長(zhǎng)已知時(shí)，表面張力很容易測(cè)定。
對(duì)于接觸角測(cè)量，需要知道液體的表面張力。此外，樣品的周長(zhǎng)，無(wú)論是板還是棒都需要知道。此外，樣品在整個(gè)浸入長(zhǎng)度上的形狀必須均勻，并且樣品的兩側(cè)均勻，因?yàn)榻佑|角是整個(gè)浸入?yún)^(qū)域的平均值。
• 實(shí)際測(cè)量的Wilhelmy板曲線
在實(shí)踐中，使用Wilhelmy板方法獲得的曲線通常看起來(lái)像左邊的曲線。當(dāng)樣品接觸液體表面時(shí)，數(shù)據(jù)收集就開(kāi)始了。軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到此點(diǎn)，曲線的部分（AB）未用于接觸角分析，因?yàn)榘朐旅嫒栽跇悠分車(chē)纬伞．?dāng)半月面形成時(shí)，前進(jìn)角穩(wěn)定。在C點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)被逆轉(zhuǎn)，并且再次需要一些時(shí)間讓半月面穩(wěn)定下來(lái)（從C到D）。曲線的形狀取決于測(cè)量的樣品。上面的曲線是在一塊矩形的聚合物上測(cè)量的，下面的曲線是在薄纖維上測(cè)量的。
Wilhelmy板法給出了樣品浸入部分的前進(jìn)和后退角以及接觸角滯后。
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