微观结构表面接触角模型及其润湿性

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1、微观结构表面接触角模型及其润湿性／李小兵等·1O1·微观结构表面接触角模型及其润湿性李小兵，刘莹(南昌大学机电工程学院，南昌330031)摘要润湿性是固体表面的重要性质之一，固液界面润湿性与表面微观结构、界面能等有关。研究了微观结构固体表面固液界面润湿性以及界面能、液滴重力、微观结构参数对润湿性的影响。分析表明，Young、Wenzel、Ca-ssie、Cassie-Baxter等4种接触角模型分别把固体表面看成光滑、粗糙(液滴完全填满)、粗糙(液滴不填充)以及粗糙(液滴部分填充)，后3种模型可用于实际固体表面，并可在3种状态下实现转换。设计了方柱凹坑、圆柱凹坑等

2、微观结构表面，调控横径比、纵径比、深径比等微观结构参数，可以改变固液界面润湿性。研究发现，液滴重力对表面接触角存在稍许影响，界面能的大小决定着材料表面的疏／亲水性。关键词微观结构界面润湿性润湿模型接触角中图分类号：TB383文献标识码：AContactAngleModelandWettabilityontheSurfaceswithMicrostructuresLIXiaobing，LIUYing(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330031)Abstrac

3、tWettabilityofsolidsurfaceisaveryimportantpropertythatisgovernedbyboththesurfaceenergyandthegeometricalmicrostructures．Theinterfacialwettabilityofperiodicmicrostructuresolidsurfaceisdiscussed．Thentheeffectsofinterfaeialenergy，liquidweight，andmicrostrueturetointerfacialwettabilityarean

4、alyzed．ThesolidsurfaceistObeseenasluhricity，coarse／dropfilledinentirely，coarse／dropunfilledin，coarse／dropfilledinpartlybyfourcontactanglemodelssuchasYoung，Wenzel，Cassie，andCassie-Baxterinturn．ThreebehindmodelscanbeUSedinactualsolidsurfaceandtransformineachother．SidecolumnandCO1unlncon

5、caveperiodicmicrostruc～turesurfacesaredesigned．Thesolid-liquidinterfacialwettabilityofcanbechangedbyadjustingthegeometryparame—tersofmicrostructuressuchaslength-to-diameterratio，vertical-to-diameterratio，deep-to-diameterratio．Thestudyshowthatdropweightaffectslightlycontactangleandinte

6、rfacialenergydetermineshydrophobicorhydrophilicsur—face．Keywordsmicrostructures，interfacialwettability，wettingmodel，contactangle润湿是日常生产和生活中常见的现象，润湿性是固体表cos6,=(79G一)(1)面的重要特征之一。人工控制和制备固体表面润湿性已引式中：、、分别为固气、固液、液气接触面间的表面张起人们的普遍关注，荷叶、水稻叶等植物表面的超疏水特性力，为固体表面的本征接触角，如图1所示。YoungS方程为研究仿生超疏水表面提供了理论

7、依据和实践证明。润湿表明了接触角与三相界面之问的定量关系，因此，凡能引起现象是固体表面结构与性质、液体的性质以及固液界面分子任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。问相互作用等微观特性的宏观结果，因此，深入探讨固体表面的微观结构及其润湿性，有利于推动固体表面润湿性的发展和应用，为控制和制备固体表面润湿性提供理论依据。本实验讨论了Young、Wenzel、Cassie、Cassie-Baxter等4种接触角模型，设计了方柱状、圆柱状凹坑微观结构表面，深入研究了界面能、液滴重力、微观结构等参数对界面润湿性的影响。图1表面张力与接触角1接触角模型Fig．1Sur

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