如何在表面表征应用中使用接触角:粗糙度校正接触角

2026-08-12


作者:Susanna Laurén,Biolin Scientific




我们将讨论一系列与静态接触角不同的接触角表征方式。静态接触角是一种快速表征固体润湿性的方法。然而静态接触角有一定的局限性,因为任何真实的表面不会有一个静态接触角。在常规实验中测量同一样本上不同点的静态接触角并计算整个区域的平均接触角,在某些情况下无法测量多个点,例如面积太小。即使可以多次测量最终接触角数值也会分布很宽。接触角变化的原因是表面粗糙度造成的。


什么是粗糙度校正接触角

粗糙度校正接触角是去除粗糙度影响的接触角数值。当液滴放置在固体表面液滴形状取决于表面和液体之间的化学相互作用以及表面粗糙度。当测量接触角时,同一表面上经常会看到不同测量点之间的变化。但是,不可能说这种变化是由于表面粗糙度造成的。




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粗糙度校正后的接触角可以通过测量与接触角相同的点的粗糙度来获得。校正基于Wenzel方程,其中表面粗糙度因子将测得的接触角与粗糙度校正接触角联系起来。


粗糙度校正接触角利于更好评估表面自由能

使用粗糙度校正接触角能够更好地评估表面自由能。通常计算表面自由能便于能够将固体的表面自由能与涂料配方的表面张力进行比较。要使涂料配方润湿表面,固体的表面自由能需要高于配方的表面张力。如果静态接触角进行表面自由能的计算,测表面粗糙度会对粗糙表面影响很大。使用粗糙度校正接触角会消除粗糙度对结果的影响。这样用于计算的接触角数值至少在某种程度上更接近于平衡接触角。


与粗糙度接触角相关的问题

虽然粗糙度校正接触角可以使接触角的数值更接近与平衡接触角,但并没有考虑表面的化学非晕晕性。此外,为了能够使用Wenzel方程进行粗糙度校正,重要的是确保液滴在表面上处于Wenzel状态,这意味着液滴需要润湿空腔和孔洞,并且不应在表面下滞留空气。



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