接触角的滞后现象

沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题[指南]一、润湿作用凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。

润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。

1、沾湿液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。

(黏附功) 当WA>0时，沾湿过程才是自发的。

,,G,,，,,,,WAsglgslA固,液界面取代液,气界固,液界面取代液,气界面和气,固界面的过程面和气,固界面的过程2、铺展液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。

铺展是固气界面消失，气液界面和固液界面形成的过程。

(铺展系数) 铺展系数S>0，过程自发进行。

3、浸湿固体浸于液体中的过程称为浸湿。

此过程是固气界面被固液界面取代，气液界面无变化，此过程自由能变化为(浸润功) WI>0，过程自发进行。

二、接触角与Young方程将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，或称润湿角。

接触角常以θ表示。

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θ越小，润湿过程越易进行。

习惯上，θ>90?, 为不润湿θ<90?, 为润湿,,,,,cos,sgsllg三.决定和影响接触角大小的一些因素1.物质的本性对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该固体上的θ也越小。

对于同一液体，固体表面能越大，θ越小。

θ反应了液体与固体表面亲和作用大小，亲和力越强越易于在表面上展开，θ越小。

2.接触角滞后现象若液体与固面无相对运动时，所形成的两个接触角是相等的即平衡接触角θe;若液体与固体发生相对运动时，则会形成两个不同的接触角。

文献翻译-接触角的应用和测量技术附录外文文献翻译本文将简要介绍接触角的应用和测量技术。

主要讨论并比较了这两种测量技术。

什么是接触角？接触角θ是用来定量表征液体对固体的润湿性。

如下面的几何图形所示，接触角是由固体、液体、气体三相边界组成的，有液体一侧到固体部分的角度。

从图中可以看出：接触角θ的值小，则表明液体铺展或者润湿性好。

而接触角θ的值较大，则表明润湿性较差。

如果接触角θ小于90度，也就是说，液体浸润固体，如果接触角的值大于90度，就是说不浸润，而0度接触角表明完全润湿。

用一个单独的静态接触角来表征界面间的相互影响还不是太充分。

对于任意给定的液固界面，总可以一系列存在的接触角。

人们发现，静态接触角的值取决于液固界面的相互影响。

人们把液滴铺展的接触角称为“前进接触角”，而把缩小的接触角称为“后退接触角”。

前进接触角接近于最大值，后退接触角接近于最小值，而这一系列角的值就在这最大值和最小值之间。

在实际运动中，三相(液体、固体、气体)边界产生的角称为动态接触角，也可以指“前进的”和“后退的”的角。

“前进的”和“在前进的”或“后退的”和“在后退的”区别在于在静态运动的开始实际上是动态的。

动态接触角是在各种比率的速度下测定的，在较低的速度下测定的动态接触角应该是静态接触角相等。

滞后现象最大的（前进的/在前进的）和最小的（后退的/在后退的）接触角之间的差值就是接触角的滞后现象。

已经有大量的研究分析了接触角滞后现象的意义。

它通常用来表征表面的多向性、粗糙性和活性。

简而言之，对于不均匀的表面，在表面上出现阻碍接触线移动的区域。

对于化学多向性这种情况，这些区域指的是比周围表面有不同接触角的区域。

下面以水润湿为例，当液体前进而接触角的增加，憎水区域将锁定接触线。

当水从亲水区域退湿时，将阻碍接触线的移动，而减小接触角。

从这些分析中可以看出，用水测试时，前进接触角对憎水区敏感，而后退接触角表征了表面亲水区的特征。

表面粗糙性产生接触角的滞后现象，在这种情况下，显微镜的实际倾斜度的变化在固体表面产生了障碍。

一、润湿作用凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。

润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。

1、沾湿液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。

Asl sg A W G =-+=∆-γγγlg （黏附功）当W A>0时，沾湿过程才是自发的。

固－液界面取代液－气界面和气－固界面的过程2、铺展液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。

铺展是固气界面消失，气液界面和固液界面形成的过程。

SG sl gs s =--=∆-γγγlg （铺展系数）铺展系数S>0，过程自发进行。

3、浸湿固体浸于液体中的过程称为浸湿。

此过程是固气界面被固液界面取代，气液界面无变化，此过程自由能变化为Isl sg I W G =-=∆-γγ（浸润功）WI>0，过程自发进行。

二、接触角与Young 方程将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，或称润湿角。

接触角常以θ表示。

γθ< 90︒θ> 90︒•接触角θ与各个界面张力θγγγcos lg =-sl sg该式称为Young 方程或润湿方程。

θ越小，润湿过程越易进行。

习惯上，θ>90℃, 为不润湿 θ<90℃, 为润湿三.决定和影响接触角大小的一些因素 1.物质的本性对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该固体上的θ也越小。

对于同一液体，固体表面能越大，θ越小。

θ反应了液体与固体表面亲和作用大小，亲和力越强越易于在表面上展开， θ越小。

2.接触角滞后现象若液体与固面无相对运动时，所形成的两个接触角是相等的即平衡接触角θe ；若液体与固体发生相对运动时，则会形成两个不同的接触角。

较大的θa 称为前进接触角，较小的θr 称为后退接触角。

这种θa ＞θr 的现象称为接触角滞后。

接触角滞后值和摩擦系数1. 引言1.1 什么是接触角滞后值接触角滞后值是指液滴在固体表面上扩展或收缩时所表现出的一种特性。

当液滴在固体表面上移动时，液滴的前沿和后沿之间存在一定程度的滞后现象，即前沿的移动速度会比后沿的移动速度快，导致液滴形成一个略微倾斜的角度。

这种现象被称为接触角滞后值。

接触角滞后值的大小取决于液滴和固体表面之间的相互作用力以及表面的粗糙程度。

通常情况下，当液滴与固体表面之间的相互作用力增大时，接触角滞后值也会随之增加。

而当表面粗糙度增加时，液滴在表面上移动时的摩擦力也会增加，导致接触角滞后值增大。

研究接触角滞后值可以帮助我们更好地理解液滴在固体表面上的行为，从而优化液体传输系统的设计以及表面润湿性的调节。

在工程领域中，接触角滞后值的研究也具有重要意义，可以为润滑油润滑、表面涂层设计等领域提供理论支持和实践指导。

1.2 什么是摩擦系数摩擦系数是描述两个接触表面之间摩擦性质的物理量。

它是一个无量纲的数值，表示了物体在相互接触时受到的摩擦力大小与其受到的压力大小之比。

摩擦系数通常用希腊字母μ表示。

在干燥表面的情况下，摩擦系数通常会随着表面粗糙度增加而增加。

而在润滑油润滑的情况下，摩擦系数通常会降低。

摩擦系数是物体在相互接触时所受到的阻力的重要指标，对于工程设计和实际应用具有重要意义。

通过对摩擦系数的测量和分析，可以更好地理解物体之间的运动和相互作用规律，为减少能量损耗、提高机械效率等方面提供有力的支持。

研究摩擦系数的影响因素以及如何有效地调控摩擦系数具有重要的理论和实践意义。

【接着可以展开讨论影响摩擦系数的因素等内容】。

2. 正文2.1 影响接触角滞后值的因素影响接触角滞后值的因素有很多，其中最主要的包括表面粗糙度、表面润湿性、接触液体性质、接触时间和接触力等因素。

表面粗糙度会直接影响接触角滞后值，粗糙表面的接触角滞后值通常会比光滑表面更大。

这是因为粗糙表面会导致接触点的形变增多，从而增加了接触面积，使得液滴在表面上停留的时间延长，最终影响了接触角滞后值的测定。

动态接触角及接触角滞后性的测量用座滴法测量动态接触角有二种基本的方法：1) 加液/减液法就是在形成液滴后，再继续以很低的速度往液滴加入液体，使其体积不断增大。

开始时，液滴与固体表面的接触面积并不发生变化，但接触角渐渐增大。

当液滴的体积增大到某一临街值时，液滴在固体表面的三相接触线发生往外移动，而在发生移动前瞬间的接触角，被称为前进角。

在此之后，接触角基本保持不变。

反之如果从一形成的液滴不断地以很低的速度把液体移走，使其体积减小。

开始时，液滴与固体表面的接触面积也并不发生变化，但接触角渐渐减小。

当液滴的体积减小到一定值时，液滴在固体表面的固/液/气三相接触线开始往里移动。

在发生这一移动前夕的接触角，就是后退角。

在此之后，接触角也应基本保持不变。

1）加液/减液法测量前进/后退接触角在运用这一方法时，必须注意以下几点：∙体积变化的速度应足够低，尽量保证液滴在整个过程有足够的时间来松弛，使得测量能在准平衡下进行。

∙由于这一过程中一般都有针头/毛细管的卷入以加入/移走液体，针头/毛细管的直径一定要（与液滴相比）足够小，使液体在针管/毛细管外壁上的润湿不会对液滴在固体表面的接触角产生影响。

这一点尤其是对后退角的测量更为突出，否则测得的值将严重偏离真实值。

∙同样由于过程中针头/毛细管的卷入，使得液滴一般不再呈现中心轴对称，也不再能被看作是圆或椭圆的一部分，所以基于Young-Laplace或圆或椭圆方程式的计算方法都将遇到困难，带来较大误差。

此时一般使用广义切线法，但此方法往往对少量的背景噪音较敏感。

2) 倾斜板（tilting plate）法将一足够大体积的液滴置于待测的样品表面后，把样品表面朝一方缓慢、不断地倾斜。

当开始时液滴不发生移动，而只是其中的液体由后方向前方转移，使得前方的接触角不断增大，而后方的不断缩小。

当倾斜到一定角度时，液滴开始发生滑动。

发生滑动前夕液滴的前角就是前进角，后角则为后退角。

2）倾斜板（tilting plate）测量前进/后退/起始滚动角倾斜板法有二种实现方法：∙整体倾斜法：将整套测量仪置于摇篮状的倾斜架上，让包括摄像机，光学镜头，样品台，样品和光源等组件的整套仪器同时倾斜。

关于接触角滞后现象的教学设计探讨作者：屈钧娥王海人曹志勇来源：《广西教育·C版》2017年第01期【摘要】本文介绍接触角滞后现象的主要教学内容，并对本节内容的教学方法进行探讨，提出采用讲解课本知识、介绍科研实例以及穿插科教视频的模式来开展教学，在理论联系实际的基础上对知识点进行讲解。

【关键词】接触角滞后多元化教学理论联系实际【中图分类号】G 【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2017）01C-0148-02材料表界面课程是我校材料化学专业开设的专业选修课，使用教材为华东理工大学出版社出版的《材料表界面》（第二版）。

主要包括两大部分内容：第一部分是表界面化学知识，包含液体界面、固体表面、固液界面以及表面活性剂四章内容。

第二部分为四大类材料，即高分子材料、金属材料、无机非金属材料以及复合材料在应用中涉及的基本表界面问题。

固液界面一章中“接触角滞后现象”知识点与很多生活现象密切联系，其中介绍的Wenzel方程和Cassie 方程是目前功能材料开发热点领域，即超浸润表界面材料领域的理论基础。

为了将理论联系实际，达到学以致用的最终目的，本部分知识点的教学采用讲解课本知识、介绍科研实例以及穿插科教视频的多元化教学模式来完成，取得了较好的教学效果。

一、基本知识的介绍基础知识学习中第一部分内容为滞后现象中前进角、后退角，以及最大前进角和最小后退角四个基本概念的理解。

在播放Flash动画实例演示向液滴里面增加和减少液体量时，液体边界面以及液体体积变化过程的基础上，对上述四个概念进行了解释。

并在理解概念的基础上介绍了斜坡法测量最大接触角和最小后退角的方法。

滞后现象的原因剖析为第二部分知识要点。

滞后现象的主要原因为：固体表面的粗糙度；固体表面的不均匀性和多相性；固体表面的污染。

通过图解和公式推导相结合的教学方法引入了Wenzel方程Cosθw= rCosθy（θw为Wenzel接触角，r为表面粗超度系数，θy为杨氏接触角），和Cassie方程Cosθc= f1Cosθ1+f2cosθ2（f1和f2为第1种和第2种物质的面积分数，θ1和θ2为液体在第1种和第2种物质表面上的真实接触角）。

接触角和滚动角的关系
接触角和滚动角是描述液体对固体表面的浸润程度的两个重要参数。

接触角是指气液界面的切线与固液界面之间（包含液体部分）的夹角。

滚动角是固液-界面扩展后测量的接触角（前进角）与在固液界面回缩后的测量值（后退角）之间存在的差别。

前进角往往大于后退角，两者之间的差值叫做滚动角。

滚动角的大小也代表了一个固体表面的接触角滞后现象。

滚动角和接触角都是描述液体对固体表面浸润程度的参数，但它们所反映的方面略有不同。

滚动角主要关注液体在固体表面上的滚动行为，而接触角则主要关注液体对固体表面的接触状态。

动态接触角及接触角滞后性的测量用座滴法测量动态接触角有二种基本的方法：1) 加液/减液法就是在形成液滴后，再继续以很低的速度往液滴加入液体，使其体积不断增大。

开始时，液滴与固体表面的接触面积并不发生变化，但接触角渐渐增大。

当液滴的体积增大到某一临街值时，液滴在固体表面的三相接触线发生往外移动，而在发生移动前瞬间的接触角，被称为前进角。

在此之后，接触角基本保持不变。

反之如果从一形成的液滴不断地以很低的速度把液体移走，使其体积减小。

开始时，液滴与固体表面的接触面积也并不发生变化，但接触角渐渐减小。

当液滴的体积减小到一定值时，液滴在固体表面的固/液/气三相接触线开始往里移动。

在发生这一移动前夕的接触角，就是后退角。

在此之后，接触角也应基本保持不变。

1）加液/减液法测量前进/后退接触角在运用这一方法时，必须注意以下几点：∙体积变化的速度应足够低，尽量保证液滴在整个过程有足够的时间来松弛，使得测量能在准平衡下进行。

∙由于这一过程中一般都有针头/毛细管的卷入以加入/移走液体，针头/毛细管的直径一定要（与液滴相比）足够小，使液体在针管/毛细管外壁上的润湿不会对液滴在固体表面的接触角产生影响。

这一点尤其是对后退角的测量更为突出，否则测得的值将严重偏离真实值。

∙同样由于过程中针头/毛细管的卷入，使得液滴一般不再呈现中心轴对称，也不再能被看作是圆或椭圆的一部分，所以基于Young-Laplace或圆或椭圆方程式的计算方法都将遇到困难，带来较大误差。

此时一般使用广义切线法，但此方法往往对少量的背景噪音较敏感。

2) 倾斜板（tilting plate）法将一足够大体积的液滴置于待测的样品表面后，把样品表面朝一方缓慢、不断地倾斜。

当开始时液滴不发生移动，而只是其中的液体由后方向前方转移，使得前方的接触角不断增大，而后方的不断缩小。

当倾斜到一定角度时，液滴开始发生滑动。

发生滑动前夕液滴的前角就是前进角，后角则为后退角。

2）倾斜板（tilting plate）测量前进/后退/起始滚动角倾斜板法有二种实现方法：∙整体倾斜法：将整套测量仪置于摇篮状的倾斜架上，让包括摄像机，光学镜头，样品台，样品和光源等组件的整套仪器同时倾斜。