第六章 固液界面

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1、第六章固液界面2021/7/181第六章固液界面固液界面的產(chǎn)生：暴露在空氣中的固體會(huì)吸附氣體，此時(shí)再與液體接觸，若所吸附的氣體被排開(kāi)，則此時(shí)產(chǎn)生固液界面潤(rùn)濕（wetting）現(xiàn)象:水在清潔玻璃表面上鋪展開(kāi)——潤(rùn)濕葉片上的水珠，玻璃上的水銀——不潤(rùn)濕潤(rùn)濕作用：用液體取代空氣，將固氣表面接觸代之以固液接觸的過(guò)程。液體在什么條件下可潤(rùn)濕固體？怎樣改變液體和固體的潤(rùn)濕性質(zhì)滿足人們的需要？第六章固液界面6.1潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕過(guò)程可分為三類：粘濕（粘附潤(rùn)濕adhesion）,浸濕(immersion)，鋪展(spreadi

2、ng)2021/7/182第六章固液界面6.1.1粘濕第六章固液界面概念：變液氣界面和固氣界面為固液界面的過(guò)程能量：-ΔG=Wa=γsg+γlg－γsl，Wa為粘附功恒溫條件下，Wa≥0（或ΔG≤0）是發(fā)生粘濕的條件。Wa越大，體系越穩(wěn)定，固液界面結(jié)合得越牢。任何使γsl減小的作用因素都可增大發(fā)生粘濕的傾向并增加粘附的牢度。2021/7/183第六章固液界面6.1.2浸濕概念：固體浸入液體，固氣表面為固液界面所代替的過(guò)程。能量：-ΔG=Wi=γsg-γslWi為浸潤(rùn)功。其大小可以反映液體在固體表面上取代氣體

3、的能力第六章固液界面6.1.3鋪展能量：-ΔG=S=γsg-γsl-γlgS：鋪展系數(shù)恒溫恒壓條件下，S≥0時(shí)，液體可以在固體表面上自動(dòng)展開(kāi)。由于浸潤(rùn)功Wi=γsg-γsl所以S=Wi-γlg要S>0，則必須要浸潤(rùn)功Wi>γlg2021/7/184第六章固液界面6.1.4潤(rùn)濕過(guò)程的比較粘濕Wa=γsg-γsl+γlg≥0浸濕Wi=γsg-γsl≥0鋪展S=γsg-γsl-γlg≥0對(duì)一個(gè)體系而言：Wa（粘附功）>Wi（粘附張力或浸潤(rùn)功）>S(鋪展系數(shù))若S≥0,則Wi和Wa必大于0，即凡能鋪展的必定能浸潤(rùn)與

4、粘濕，但能浸潤(rùn)與粘濕的不一定能鋪展。通常用S作為系統(tǒng)潤(rùn)濕程度的指標(biāo)。上列三個(gè)過(guò)程都涉及粘附張力（浸潤(rùn)功）Wi=A=γsg-γsl顯然γsg越大，γsl越小，差值越大，越有利于潤(rùn)濕γlg對(duì)三種潤(rùn)濕貢獻(xiàn)不同：對(duì)粘濕，γlg大有利對(duì)浸濕，γlg不起作用對(duì)鋪展，γlg小有利第六章固液界面2021/7/185第六章固液界面6.2Young方程和潤(rùn)濕接觸角6.2.1Young方程和潤(rùn)濕接觸角θ將液體滴于固體表面上，液體或鋪展而覆蓋固體表面,或形成一液滴停于其上。當(dāng)液滴滴到固體表面上時(shí)，所形成的形狀用接觸角來(lái)描述。第六章

5、固液界面2021/7/186第六章固液界面接觸角θ：在固液氣三相交界線上任意點(diǎn)O的液體的表面張力γlg與液固界面張力γsl間的夾角。平衡時(shí)三相點(diǎn)處各界面張力γsgγlgγsl一般服從或其中γlgγsl力圖使液滴收縮，γsg力圖使液滴展開(kāi)以上兩式稱為Young方程（1805）或潤(rùn)濕方程，是研究s-l潤(rùn)濕的基礎(chǔ)第六章固液界面2021/7/187第六章固液界面6.2.2潤(rùn)濕性好壞的判據(jù)θ=0o鋪展（完全濕潤(rùn)）(cosθ=1；γsg=γlg+γsl)，θ=180o完全不濕潤(rùn)，液體在固體表面凝集成小球0o<θ<90o

6、潤(rùn)濕，且θ越小，潤(rùn)濕性越好90o<θ<180o不濕潤(rùn)（不完全潤(rùn)濕）第六章固液界面2021/7/188第六章固液界面6.2.3接觸角與濕潤(rùn)過(guò)程的能量將Young方程γsg-γsl=γlgcosθ代入Wa=γsg-γsl+γlgWi=γsg-γsl=AS=γsg-γsl-γlg得：Wa=γlg(cosθ+1)A=Wi=γlgcosθS=γlg(cosθ-1)只要已知液體的表面張力與接觸角θ，即可算得Wa，A和S根據(jù)Young方程也可知：γlg↘，θ↘，潤(rùn)濕性增大第六章固液界面2021/7/189第六章固液界面W

7、a=γlg(cosθ+1)≥0，θ≤180o附著A=Wi=γlgcosθ≥0，θ≤90o浸濕S=γlg(cosθ-1)=0，θ＝0o鋪展第六章固液界面2021/7/1810第六章固液界面6.2.4接觸角滯后概念：固液界面取代固氣界面與固氣界面取代固液界面后形成的接觸角不相同的現(xiàn)象。前進(jìn)角θa：固液界面取代固氣界面后形成的接觸角后退角θr：固氣界面取代液氣界面后形成的接觸角例：水在某些礦物上的θa和θr之差可達(dá)50度。水銀在鋼上的θa與θr之差可達(dá)150度原因：表面不平和表面不均勻及測(cè)定技術(shù)不當(dāng)。污染是導(dǎo)致表

8、面不均勻的一個(gè)主要原因。第六章固液界面2021/7/1811第六章固液界面第六章固液界面2021/7/1812第六章固液界面6.2.5粗糙度與潤(rùn)濕接觸角的關(guān)系——Wenzel方程平滑表面的潤(rùn)濕方程：當(dāng)潤(rùn)濕方程應(yīng)用于具有一定粗糙度r的表面時(shí)應(yīng)加以校正：粗糙表面的接觸角余弦函數(shù)的絕對(duì)值總是比平滑表面的大：第六章固液界面θ小于90’時(shí)，表面粗化將使θ變小。對(duì)于可以潤(rùn)濕的體系，固體表面粗化時(shí)體系的潤(rùn)濕性更好；θ大于90‘