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表面润湿性

/wettability/
最后更新 2024-12-05
浏览 214
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液体在固体表面铺展的能力或倾向性。是固体表面的一个重要特征。又称浸润性。

英文名称
wettability
又称
浸润性
所属学科
力学

固体的润湿性用接触角表示。当液体滴在具有不同润湿性的固体表面时,液滴可出现不同形状。由于液体分子间的吸引力较气体分子大,在分子吸引力的作用下,液体分子相互制约形成一体,使得液体具有一定的形状。液体分子间这种相互制约的吸引力称为内聚力。当液体同固体壁面接触时,液体分子和固体分子之间也有吸引力,这种液体和固体分子间相互吸引的力称为附着力。当液体与固体壁面接触时,若液体的内聚力小于它同固体间的附着力,液体将附着、润湿该固体壁面,并沿固体壁面向外伸展,例如把水倒在玻璃上便是这种情况。与此相反,若液体的内聚力大于它同固体间的附着力,液体自身将抱成一团,并不润湿该固体壁面,例如把水银倒在玻璃上,水银始终保持椭球形状,而不会润湿玻璃壁面。

如下图所示,当流场中有三种互不掺混的介质共存,三种介质间界面交于一曲线,如果其中一个界面为固壁,则称该交线为接触线。若介质1为液体,介质2为气体,接触线上液体界面和固壁面的夹角称作接触角,接触角的定义是接触线上液体法线(指向液体内部)与固体法线(指向固体内部)的夹角。接触角的大小取决于固壁的表面物理化学特性以及流体的性质。

表面润湿性表面润湿性

,液体完全润湿固体表面,液体在固体表面铺展;,液体可润湿固体,且越小,润湿性越好;,液体不能润湿固体;,完全不润湿,液体在固体表面凝聚成小球。接触角最小为0°,最大为180°。接触角越小,则固体的润湿性越好。

影响表面润湿性的因素主要有两个:一是表面能,二是表面微观结构。固体的表面能(又称表面张力)越大,越易被一些液体所润湿。对液体来说,一般液体的表面能(除液态汞外)都在100毫焦每平方米以下。以此为界可把固体分成两类:一类是高能表面,例如常见的金属及其氧化物、硫化物和无机盐等,有较高的表面自由焓,大致在几百至几千毫焦每平方米之间,它们易被一般液体润湿,当其表面具有微纳结构时,更容易被一般液体所润湿;另一类是低能表面,包括一般的有机固体及高聚物,它们的润湿性能与液-固两相的表面组成与性质密切相关。对于低能表面,当表面具有微纳结构时,更不易被一般液体所润湿。润湿的应用极其广泛,如矿物的泡沫浮选、采油、防水和洗涤以及微纳尺度流动减阻等,另外,喷洒农药消灭虫害、制造照片胶片时感光乳剂的涂布、机器用的润滑油、油漆的性能等也都与润湿性有着密切的关系。

  • 江雷,冯琳.仿生智能纳米界面材料.北京:化学工业出版社,2016.

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