接觸角表面能

1、實(shí)驗(yàn)題目 用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量材料表面的接觸角和表面能（學(xué)時(shí)數(shù)： 2 學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 認(rèn)識(shí)和掌握接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量表面的接觸角和表面能的基本原理；2. 熟悉接觸角測(cè)量?jī)x（ Kruss 公司，型號(hào) DSA1000 ）的操作技術(shù)；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 掌握 DSA1000 型接觸角測(cè)量?jī)x的工作原理和操作步驟；2. 測(cè)量醫(yī)用無(wú)機(jī)薄膜表面的接觸角和表面能；三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料本實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備為 DSA1000 型接觸角測(cè)量?jī)x，測(cè)試材料為醫(yī)用無(wú)機(jī)薄膜或醫(yī)用高 分子材料。實(shí)驗(yàn)中所用到的測(cè)試液體為雙蒸水、甲酰胺。樣品清洗時(shí)用到丙酮、無(wú)水乙醇、 單蒸水和電爐、燒杯等。四、接觸角測(cè)量?jī)x的基本原理將一液體滴

2、到一平滑均勻的固體表面上， 若不鋪展， 則將形成一個(gè)平衡液滴， 其形狀由 固液氣三相交界處任意兩相間之夾角所決定， 通常規(guī)定在三相交界處自固液界面經(jīng)液滴內(nèi)部 至氣液界面之夾角為平衡接觸角，以B表示。接觸角與三個(gè)界面張力之關(guān)系為如下所示的 Young 方程：s g s l l g cos式中sg、 sl、 lg分別為固-氣、固-液和液-氣界面張力。由上式知，只有當(dāng)l gs gs l時(shí)才有明確的三相交界線,即有一定的值；而l g s g s l時(shí)，為零；l gs gsi時(shí)不存在平衡接觸角。Young 方程也稱為潤(rùn)濕方程，它是界面化學(xué)基本方程之一。將Young 方程與三個(gè)潤(rùn)濕過(guò)程的定義相結(jié)合，得到判

3、斷潤(rùn)濕過(guò)程的幾個(gè)公式：沾濕Was gl gs ll g (cos1)；浸濕Wisgsll gcos；鋪展Ss gs ll gl g (cos1)；式中，Wa、Wi 和 S 分別稱為粘附功、浸潤(rùn)功（潤(rùn)濕能、粘附張力 ）、鋪展系數(shù)。由上三式可知，越?。╟os越大），相應(yīng)的Wa、Wj和S越大，即潤(rùn)濕性越好，因而可作為潤(rùn)濕性能的度量指標(biāo)。接觸角即液 -氣表面張力與固 -液表面張力之間夾角。將液滴（ L ）放在一理想平面（ S）上，若有一相是氣體，則接觸角是氣-液界面通過(guò)液體而與固-液界面所夾的角。如下圖示:s gs g在每本實(shí)驗(yàn)室的接觸角測(cè)量?jī)x采用躺滴法測(cè)量樣品表面與幾種已知液體之間的接觸角。個(gè)樣品表

4、面不同位置測(cè)量 510次，讀取液滴左右兩邊的數(shù)據(jù)， 計(jì)算求其平均值及置信區(qū)間。 儀器型號(hào)：DSA1000型接觸角測(cè)量?jī)x。躺滴法最為廣泛使用的測(cè)量方法之一。該方法測(cè)量簡(jiǎn)單、方便，準(zhǔn)確度一般在土2度左右，如果液滴很小，重力作用引起的變性可以忽略，這時(shí)的液滴可以認(rèn)為是球形的一部分。五、通過(guò)接觸角計(jì)算表面能及其極性分量、色散分量若設(shè)固-液接觸面積為單位面積，在恒溫恒壓下，此過(guò)程引起體系自由能的變化是:G SL SVLV(1 )(2)(3)(4)Wa2 Sv Lvp p2； SV LV(5)式中SL , SV , LV分別為單位面積固-液、固-氣和液-氣的界面自由能。沾濕的實(shí)質(zhì)是液體在固體表面上的粘附，

5、粘附功的定義表示為：WaSVLV SL又有You ng方程SVSLLV COS由（2） （3）得WaLV （1 COS ）同時(shí)，粘附功又可以用兩相中各自的極性分量和色散分量來(lái)表示ppdd式中SV和LV為固體和液體表面自由能的極性部分，式中SV和LV為固體和液體表面自由能的色散部分。由式（4）和式（5）得rLv （1 cos ） 2 rS rLV2 .忙忒pdpd式中有SV和SV兩個(gè)未知數(shù)，但只要找到兩個(gè)已知LV和LV的探測(cè)液體（見(jiàn)表1）,測(cè)二種液體在固體表面的接觸角，分別把液體的表面張力和接觸角的數(shù)據(jù)代入上式，即可得兩個(gè)獨(dú)立的方程，解此方程組即得pdSV 和 SV。固體的表面自由能:SVp S

6、VdSV表1五種液體的表面能參數(shù)（單位 mN/m）表面能液體LVdLVp LV水72.821.851.0甲酰胺58.239.518.7二碘甲烷50.848.52.3乙二醇48.329.319磷酸三甲酚酯40.939.21.7六、實(shí)驗(yàn)步驟1開機(jī)：開儀器、電腦、軟件。2 安裝針頭和液體。3 接觸角的測(cè)量3 1設(shè)定測(cè)量條件： 調(diào)整針頭位置；調(diào)整放大倍數(shù)與調(diào)焦；調(diào)節(jié)載物臺(tái)。3. 2測(cè)量：進(jìn)樣；測(cè)量過(guò)程紀(jì)錄（以錄像方式記錄測(cè)量數(shù)據(jù)）。4 接觸角及表面能的結(jié)果計(jì)算分析：4. 1調(diào)出錄像中的圖片進(jìn)行基線調(diào)節(jié)后測(cè)量接觸角；4. 2.表面能及其極性分量、色散分量的計(jì)算窗口；七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 實(shí)驗(yàn)名稱、學(xué)生姓名、班號(hào)和實(shí)驗(yàn)日期；2. 簡(jiǎn)要敘述DSA1000型接觸角測(cè)量?jī)x的工作原理；3. 說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)儀器和材料；4. 敘述測(cè)量材料表面接觸角時(shí)的操作步驟；5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的原始記錄（包括接觸角、表面能及其極性分量、色散分量）；色散6. 根據(jù)本節(jié)五的方法，通過(guò)所測(cè)得的接觸角計(jì)算材料的表面能，及其極性分量、分量，并與DSA1000型接觸角測(cè)量?jī)x所測(cè)量出的結(jié)果相比較。八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地比較擁擠，學(xué)生務(wù)必注意遵守紀(jì)律；2. 學(xué)生必須在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行操作；3. 做好實(shí)驗(yàn)原始記錄，整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不清楚的地方要及時(shí)問(wèn)指