接触角定义

浸润角是指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角称为接触角，又称浸润角。液体对固体的浸润程度不同，如一滴水在干净的玻璃上会浸润而摊开;而一滴水如果在蜡质平面上则会保持水珠状态为不浸润。浸润和不浸润并不是两极关系而是一个可以量化的量，量化的参数就是浸润角。

接触角测量仪原理

恒压下，当一液体放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液体存在。

接触角测试仪，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，可以测量各种液体对各种材料的接触角，如块状材料、纤维材料、纺织材料等，粉末样品在压片后也可测量。

表达式：

应用范围

纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。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，尤其在材料表面改性研究方面的应用比较突出。

测试方法

①测试方式：座滴法

②接触角分析方法：高宽法、杨拉普拉斯法、椭圆法、锥切法、圆法

③拍摄图像方法：单张拍摄

④接触角测试范围：0<θ<180°

⑤测试分辨率：0.01°

⑥测试精度： 0.1°

具体操作如下：

1、在瓶口的微量进样针中加入待测液体(注意排空气泡)

2、启动测试设备，设备自动将一滴液体滴在待测固体表面，成像系统将固体表面的液体投影到屏幕上，并立即冻结图像，然后直接用软件测量切线与相界面的夹角，直接测量出接触角度的大小。

3、移动测试平台，在未经测试的固体表面，重复上述操作，一般平行测试3-6个接触角，取平均值。

应用案例（代表性图谱展示）

测量液体在各种材料表面的铺展、渗透、吸收等润湿行为，测量静态接触角、静态接触角、测量分析固体的表面自由能、液体的界面和表面张力、全自动注射系统、前进角/后退角等全面功能。

案例一

案例二

将水、乙醇滴在待测基材表面，当液滴接触界面时,开始记时,15S冻结图像,测量接触角测试5次，取平均值。

样品对水的接触角测试图

样品对乙醇的接触角测试图

测试结果如下：

案例三

液体表/界面张力与表面能

界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，常见的两相界面有:气一液界面、气一固界面、液一液界面、固一液界面和固一固界面。任何不相溶两相间的张力叫界面张力。

‌表面张力‌：液体表面分子因受力不均产生的收缩力，宏观表现为单位长度上的力(单位：N/m)，或单位表面积的能量(单位：J/m²)‌。

如同液体表面张力为气体与液体间的界面张力一样，固体表面自由能为气体与固体间界面张力的一般定义，即在一定温度和压力下，形成单位新面积时外力所做的可逆功，是固体比表面吉布斯(Gibbs)自由能的简称。

‌表面能‌：固体表面原子因配位不饱和而具有的过剩能量，通常与表面张力数值相等，但本质不同(前者为固体属性，后者为液体属性)‌。

表面能决定了接触角和粘接力

把一滴水滴在材料表面，会出现一个“接触角”：

表面能高 → 液体铺展得开 → 接触角小

表面能低 → 液体蜷缩成滴 → 接触角大

润湿是粘接的前提，决定了胶黏剂能不能铺展到整个表面。

高表面能液体不能润湿低表面能固体;液体与固体表面能越接近，润湿性越差;在同一固体上，波体的表面能越高，润湿性越差;同一液体在表面能大的固体表面润湿性好。

接触角的测量原理基于表面张力和界面张力的平衡，其大小受到表面张力和固体表面的性质影响。如果液体分子与固体表面分子之间的相互作用较强，液体将更容易展开在固体表面上，接触角就会变小，润湿性更强，表示材料表面越亲水;反之，如果相互作用较弱，接触角就会变大，润湿性较差，则材料表面越疏水。

当θ＜90°时，我们称固体表面为亲水表面，如下图中左侧示意;

当θ>90°时，我们称固体表面为疏水表面，如下图中右侧示意;

在假设固体表面为各向同性、均质、平坦的条件下，可以根据三相接触点处的受力平衡，写出接触角表达式如下：

如果表面粗糙，定义粗糙因子R_f为固体表面真实表面积与投影面积之比，计算公式如下：

则粗糙因子对于接触角影响如下：

因为R_f是一个大于1的数，所以针对一个亲水表面，粗糙会使其更加亲水;针对一个疏水表面，粗糙会使其更加疏水。

但是这个分析还有一定局限性在于对于表面粗糙状态的表面仅通过面积之比，缺少更加复杂的表面形貌等信息，那些也会对接触角带来显著的影响。

表面张力与表面能‌：在纯液体中两者数值相等，但概念不同。表面张力是力学描述，表面能是热力学描述‌。