接觸角定義

浸潤角是指在固、液、氣三相交界處，自固-液界面經過液體內部到氣-液界面之間的夾角稱為接觸角，又稱浸潤角。液體對固體的浸潤程度不同，如一滴水在干凈的玻璃上會浸潤而攤開;而一滴水如果在蠟質平面上則會保持水珠狀態為不浸潤。浸潤和不浸潤并不是兩極關系而是一個可以量化的量，量化的參數就是浸潤角。

接觸角測量儀原理

恒壓下，當一液體放置在固體平面上時，液滴能自動地在固體表面鋪展開來，或以與固體表面成一定接觸角的液體存在。

接觸角測試儀，主要用于測量液體對固體的接觸角，即液體對固體的浸潤性，可以測量各種液體對各種材料的接觸角，如塊狀材料、纖維材料、紡織材料等，粉末樣品在壓片后也可測量。

表達式：

應用范圍

納米材料科學與工程已經成為世界性的研究熱點，在研究納米材料的表面改性時，往往要涉及潤濕接觸角這個概念。對石油、印染、醫藥、噴涂、選礦等行業的科研生產有非常重要的作用，尤其在材料表面改性研究方面的應用比較突出。

測試方法

①測試方式：座滴法

②接觸角分析方法：高寬法、楊拉普拉斯法、橢圓法、錐切法、圓法

③拍攝圖像方法：單張拍攝

④接觸角測試范圍：0<θ<180°

⑤測試分辨率：0.01°

⑥測試精度： 0.1°

具體操作如下：

1、在瓶口的微量進樣針中加入待測液體(注意排空氣泡)

2、啟動測試設備，設備自動將一滴液體滴在待測固體表面，成像系統將固體表面的液體投影到屏幕上，并立即凍結圖像，然后直接用軟件測量切線與相界面的夾角，直接測量出接觸角度的大小。

3、移動測試平臺，在未經測試的固體表面，重復上述操作，一般平行測試3-6個接觸角，取平均值。

應用案例（代表性圖譜展示）

測量液體在各種材料表面的鋪展、滲透、吸收等潤濕行為，測量靜態接觸角、靜態接觸角、測量分析固體的表面自由能、液體的界面和表面張力、全自動注射系統、前進角/后退角等全面功能。

案例一

案例二

將水、乙醇滴在待測基材表面，當液滴接觸界面時,開始記時,15S凍結圖像,測量接觸角測試5次，取平均值。

樣品對水的接觸角測試圖

樣品對乙醇的接觸角測試圖

測試結果如下：

案例三

液體表/界面張力與表面能

界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區，常見的兩相界面有:氣一液界面、氣一固界面、液一液界面、固一液界面和固一固界面。任何不相溶兩相間的張力叫界面張力。

‌表面張力‌：液體表面分子因受力不均產生的收縮力，宏觀表現為單位長度上的力(單位：N/m)，或單位表面積的能量(單位：J/m²)‌。

如同液體表面張力為氣體與液體間的界面張力一樣，固體表面自由能為氣體與固體間界面張力的一般定義，即在一定溫度和壓力下，形成單位新面積時外力所做的可逆功，是固體比表面吉布斯(Gibbs)自由能的簡稱。

‌表面能‌：固體表面原子因配位不飽和而具有的過剩能量，通常與表面張力數值相等，但本質不同(前者為固體屬性，后者為液體屬性)‌。

表面能決定了接觸角和粘接力

把一滴水滴在材料表面，會出現一個“接觸角”：

表面能高 → 液體鋪展得開 → 接觸角小

表面能低 → 液體蜷縮成滴 → 接觸角大

潤濕是粘接的前提，決定了膠黏劑能不能鋪展到整個表面。

高表面能液體不能潤濕低表面能固體;液體與固體表面能越接近，潤濕性越差;在同一固體上，波體的表面能越高，潤濕性越差;同一液體在表面能大的固體表面潤濕性好。

接觸角的測量原理基于表面張力和界面張力的平衡，其大小受到表面張力和固體表面的性質影響。如果液體分子與固體表面分子之間的相互作用較強，液體將更容易展開在固體表面上，接觸角就會變小，潤濕性更強，表示材料表面越親水;反之，如果相互作用較弱，接觸角就會變大，潤濕性較差，則材料表面越疏水。

當θ＜90°時，我們稱固體表面為親水表面，如下圖中左側示意;

當θ>90°時，我們稱固體表面為疏水表面，如下圖中右側示意;

在假設固體表面為各向同性、均質、平坦的條件下，可以根據三相接觸點處的受力平衡，寫出接觸角表達式如下：

如果表面粗糙，定義粗糙因子R_f為固體表面真實表面積與投影面積之比，計算公式如下：

則粗糙因子對于接觸角影響如下：

因為R_f是一個大于1的數，所以針對一個親水表面，粗糙會使其更加親水;針對一個疏水表面，粗糙會使其更加疏水。

但是這個分析還有一定局限性在于對于表面粗糙狀態的表面僅通過面積之比，缺少更加復雜的表面形貌等信息，那些也會對接觸角帶來顯著的影響。

表面張力與表面能‌：在純液體中兩者數值相等，但概念不同。表面張力是力學描述，表面能是熱力學描述‌。