材料表面的接触角研究

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1、材料表面的接触角研究摘要针对稳定的表观接触角的局部量特征，在三相接触线处引入三相作用能获得新的接触角关系，并基于获得的一组公式处理了粗糙表面的浸润问题。阐述了固液接触时间、固体表面粗糙度及液体体积对接触角的影响，通过分析，对各因素对接触角影响作出合理的解释。给出了一个描述粗糙表面浸润性的一般模型，讨论了润湿现象对印品质量的影响。接触角随粗糙度增大趋于恒定等问题给总结出了新的机理解释，阐述了以往模型如Wenzel模型、Cassie模型等均不能在统一框架下解释接触角实验现象的不足。讨论了接触角的计算方法中的切线法、圆拟合法、椭圆拟合法、量角法、量高法、多项式拟合法、Yo

2、ung-Laplace拟合法等的优缺点。并分析了典型算法的原理、特点和适用范围。针对不同的承印材料，通过对接触角的测量，得到接触角大小与承印物材料的关系，以满足印刷行业的需要。关键词：接触角；粗糙度；润湿；滞后现象；承印材料摘要I1绪论11」课题研究背景11.1.1材料表面的润湿性21.1.2表面微结构导致的特殊润湿性表面41.2国内外研究现状及趋势51.2.1接触角的测量方法61.2.2影响接触角测量的因素81.2.2.1接触时间对接触角测量的影响81.2.2.2表面粗糙对接触角测量影响91.2.2.3液体体积对接触角测量影响91.3本课题研究的目的和意义101.

3、4本文的主要工作及内容安排112水滴在材料表面的接触角研究122」接触角理论基本描述122.1.1影响接触角大小的因素132.1.2接触角的计算法探讨132.2动、静态接触角152.2.1理想表面的静态接触角152.2.2非理想表面的静态接触角162.2.2」Wenzel模型162.2.2.2Cassie模型172.2.3考虑接触线附近三相作用的接触角公式172.3接触角滞后的局部量特征183接触角滞后现彖193」接触角滞后的定义193.2接触角滞后的形成原因203.3接触角滞后的影响因素203.4接触角滞后的测量方法及其优缺点213.4.1加减液滴体积法213.4

4、.2倾斜板法223.4.3吊片法22结论24参考文献25随着人类科学技术生活水平的快速发展，在印刷工艺中对承印材料的表面性能的要求也逐渐提高了。建立表面改性的表面微结构，是使材料表面具有抗氧化性，耐腐蚀性，抗污染等性能的实际应用的一种非常有效的手段。众所周知，随着改变对材料的表面改性的微观结构，材料表面的润湿性能的控制，从而实现对材料表面的润滑，防水，防油，清洗，可以更好的提高综合性能的表面。此外，在摄影胶片制造、乳胶涂料、油漆的性能、喷洒农药消灭虫害等与润湿关系密切。由此可见，进行可控润湿材料表面的理论研究具有十分重要的现实意义。1.1课题研究背景材料表面的润湿性

5、与【古I液体的理化性质有关，如润滑分散、吸附和摩擦等等都密切相关。对于同一种液体，它可以润湿某固体的表面，但在另一固体的表面则不会润湿。例如，水能润湿玻璃但不可以润湿荷叶；水银可以润湿锌板但是不可以润湿玻璃。如图1.1所示⑴，滴一滴水在玻璃板上，水会铺展开，并附着在玻璃的表面上；滴一滴水在荷叶上，它总是呈近似椭圆的形状在荷叶上滚动却不附着在上面。滴一滴水银在锌板上，则水银会铺展开来，并附着在锌板表面；滴一滴水银在玻璃板上，它总是近似呈球形的，在玻璃上滚动却不附着在上面。荷叶水银K银图1.1润湿现象水润湿现象是非混相流体在I古I体表面的流散现象。即是固体表面的气体被液

6、体取代的过程。它是材料表面具有的一种特性。若液体在I古I体表面上的附着力大于内聚力，液体在【古I体的表面能铺展开，并且接触面有扩大的趋势，就是润湿。若液体在固体表面上的附着力小于内聚力，液体在I古I体的表面不能铺展开，且接触面还有收缩成球形的趋势，就是不润湿。在自然界、日常牛活中和工程技术领域，“润湿现象'，扮演着重要的角色。在采油、催化、选矿、防水、涂饰等众多的领域中，材料表面润湿性都有着十分重要的作用。材料表面润湿性与表面形貌的关系在很早以前就有研究。很多年以前，Wenzel和Cassie^〕报道了材料表面粗糙程度对润湿性的影响以来，就有许多关于这方面的工作报道

7、相继出现。材料表面的润湿性可用其表面的接触角衡量。早在1930年的时候Bartell和Osterhof0〕就把润湿现象分成浸湿、沾湿和铺展润湿三种类型。浸湿指固体浸入液体的过程，气■固界面变为固■液界面的过程；沾湿是指固体和液体接触时，气■固界面、气■液界面变为固■液界面的过程；铺展则是一种液体在另一种液体表面上铺展开的过程。润湿具有以下几个特点：(1)润湿现象总是发牛在三相体系当中，包括一相固体和两相流体。(2)润湿现象是在三相共存的时候三相界面的表面自由能达到平衡的结果。(3)润湿现象主要表现为两相流体在固体表面上各自所争夺的面积，这与三相界面上它们各自的表