第3章-界面湿润现象.pptx

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1、材料成形界面工程InterfacialEngineeringinMaterialsProcessing李贵武汉科技大学机械自动化学院界面湿润现象3/3.1界面湿润现象3.2界面湿润原理及过程3.3界面湿润的应用3.1界面湿润现象1.湿润现象大雾天气3.1界面湿润现象1.湿润现象防水雨衣3.1界面湿润现象1.湿润现象湿润烧伤膏3.1界面湿润现象1.湿润现象补水保湿面膜界面湿润原理及过程3/23.2界面湿润原理及过程1.湿润固体(或液体)表面上的气体被液体(或另一种不互溶液体)取代的现象原因：固体与液体接触后吉布斯函数降低(G<0)。

2、（1）浸湿润湿按润湿程度深浅分类一定温度和压力下，润湿的程度可用润湿过程的吉布斯函数改变量来衡量。吉布斯函数降低越多，越易润湿。（2）铺展润湿（3）沾附润湿3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程接触角(contactangle)液体在固体表面上形成的液滴,它可以是扁平状,也可以是圆球状,这主要是由各种界面张力的大小来决定。如图,一液滴在固体表面上不完全展开时:有三种界面张力,同时作用于O点处的液体分子上O3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程接触角(contactangle)当系统达到平衡时,在气,液,固三相交界点,气-

3、液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角,通常用表示lsgANMs-ls-gl-glsgANMs-ls-gl-gq若接触角大于90°,说明液体不能润湿固体,如汞在玻璃表面若接触角小于90°,液体能润湿固体,如水在洁净的玻璃表面。不润湿憎液性固体润湿亲液性固体3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程接触角(contactangle)的测定斜板法在实际测量时亦可将固体平板斜插入待测液体中因表面张力的作用在三相交界处会产生弯月面,保持一定的接触角改变插入的角度,直到液面与平板接触之处不产生液面弯曲,此时板面与液面之间的夹

4、角即为接触角3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程接触角(contactangle)的测定Neumann法竖板毛细升高法竖板毛细升高法最初由Neumann提出采用薄板垂直插入液体中,通过测量板侧面的毛细升高高度确定接触角对无限宽的平板,直接对Laplace方程积分可得:Neumann应用数字影像方法,使测量精度提高到±0.06°,特别适合测量动态接触角和接触角随温度的变化关系3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程三种界面张力1)接触角的大小是由在气、液、固三相交界处的三种界面张力的相对大小所决定2)接触角的数值反映了液体

5、对固体的润湿程度。(s/g)–力图将液体拉往左方,使液体铺展;(l/g)O(s/g)(s/l)rlsO(s/g)(l/g)(s/l)(s/l)–力图将液体分子往右拉,使液滴收缩;(l/g)–力图将液体分子拉向液面切线方向,使液滴收缩.3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程湿润方程(Yong方程)lsgANMs-ls-gl-gYoung方程:3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程湿润方程(Yong方程)Young方程:(1)完全润湿时,Young方程不成立,(2)润湿固体能为液体所润湿但液体仍然可

6、以在固体表面完全铺展开来3.2界面湿润原理及过程2.接触角与湿润方程湿润方程(Yong方程)Young方程:(3)不润湿固体不能为液体所润注：1.接触角为平衡接触角;2.3.2界面湿润原理及过程3.沾湿(adhesion)LSS-g界面L-g界面LSL-S界面粘附过程3.2界面湿润原理及过程3.沾湿(adhesion)粘附功(workofadhesion)当G<0时,粘附过程可以自发进行。定义粘附功Wa:Wa>0时,粘附过程可以自发进行3.2界面湿润原理及过程4.浸湿(immersion)gasliquids浸湿过程3.2界面湿润

7、原理及过程4.浸湿(immersion)浸湿功(workofimmersion)当G<0时,浸湿过程可以自发进行。定义浸湿功Wi:Wi>0时,浸湿过程可以自发进行3.2界面湿润原理及过程5.铺展(spreading)铺展过程sSL-g界面可忽略S-g界面SS-L界面L-g界面3.2界面湿润原理及过程5.铺展(spreading)铺展系数(spreadingcoefficient)当G<0时,铺展过程可以自发进行。定义铺展系数S:S>0时,铺展过程可以自发进行3.2界面湿润原理及过程6.粘附功、浸湿功、铺展系数根据Young方程：

8、3.2界面湿润原理及过程7.临界界面张力临界界面张力只与固体表面性质有关液体即可在固体表面完全铺展3.2界面湿润原理及过程8.液体的铺展一种液体能否在另一种不互溶的液体上铺展,取决于两种液体本身的表面张力和两种液体之间的界面张力一般说