液固界面接觸角的測量實(shí)驗(yàn)

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1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析?-液固界面接觸角測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告程明中科院蘭州化物所二班一組學(xué)號201428003933034一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解固體表面的潤濕過程與接觸角的含義與應(yīng)用2、了解接觸角的常用測量方法，掌握該實(shí)驗(yàn)中用到的量高法與量角法的原理3、掌握J(rèn)C2000C1接觸角測量儀的使用方法4、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差的來源與影響接觸角的因素二、實(shí)驗(yàn)原理潤濕是自然界和生產(chǎn)過程中常見的現(xiàn)象。通常將固-氣界面被固-液界面所取代的過程稱為潤濕。將液體滴在固體表面上，由于性質(zhì)不同，有的會鋪展開來，有的則粘附在表面上成為平凸透鏡狀，這種現(xiàn)象稱為潤濕作用。前者稱為鋪展?jié)櫇瘢笳叻Q為粘附潤濕。如果液體

2、不粘附而保持橢球狀，則稱為不潤濕。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情況。此外，如果是能被液體潤濕的固體完全浸入液體之中，則稱為浸濕。上述各種類型示于圖1。鋪展?jié)櫇窀窀絊潤不濕潤浸濕圖1各種類型的潤濕當(dāng)液體與固體接觸后，體系的自由能降低。因此，液體在固體上潤濕程度的大小可用這一過程自由能降低的多少來衡量。在恒溫恒壓下，當(dāng)一液滴放置在固體平面上時(shí)，液滴能自動地在固體表而鋪展開來，或以與固體表面成?一定接觸角的液滴存在，如圖2所示。人V揚(yáng)氏方程：yLV=n圖2接觸角假定不同的界而間力可用作用在界而方向的界而張力來表示，則當(dāng)液滴在同體平而上處于平衡位賈時(shí)，這些界而張力在水平方

3、向上的分力之和應(yīng)等于零，這個(gè)平衡關(guān)系就是著名的Young方程，B

4、J:7sv-7sL=yLVCOS<9(1)式中ysv，7lv，7sl分別為固-氣、液-氣和固?液界?面張力；0是在固、氣、液三相交界?處，自固體界面經(jīng)液體內(nèi)部到氣液界面的夾角，稱為接觸角，在0°-180°之間。接觸角是反應(yīng)物質(zhì)與液體潤濕性關(guān)系的重要尺度。接觸角是表征液體在固體表面潤濕性的重要參數(shù)之一，由它可了解液體在一定固體表面的潤濕程度。接觸角測定在防腐、減阻、礦物浮選、注水采油、洗滌、印染、焊接等方面有廣泛的應(yīng)用。決定和影響潤濕作用和接觸角的因素很多。如，固體和液體的性質(zhì)及雜質(zhì)、添加物的影響，固體表面

5、的粗糙程度、不均勻性的影響，表面污染等。原則上說，極性固體易為極性液體所潤濕，而非極性固體易為非極性液體所潤濕。玻璃是一種極性固體，故易為水所潤濕。對于一定的固體表面，在液相中加入表面活性物質(zhì)常可改善潤濕性質(zhì)，并且隨著液體和固體表面接觸時(shí)間的延長，接觸角有逐漸變小趨于定值的趨勢，這是由于表面活性物質(zhì)在各界面上吸附的結(jié)果。接觸角測量方法可以按不同的稱準(zhǔn)進(jìn)行分類。按照直接測量物理量的不同，川分為量角法、測力法、長度法和透過法。按照測量時(shí)三相接觸線的移動速率，付分為靜態(tài)接觸角、動態(tài)接觸角（又分前進(jìn)接觸角和后返接觸角）和低速動態(tài)接觸角。按照測試原理又川分為靜止或固定液滴法、Wi

6、lhemly板法、捕獲氣泡法、毛細(xì)管上升法和斜板法。其中，液滴角度測量法是最常用的，也是最直截了當(dāng)?shù)囊活惙椒?。它是在平整的固體表面上滴一滴小液滴，直接測量接觸角的大小。為此，可用低倍顯微鏡中裝有的量角器測量，也川?將液滴圖像投影到屏幕上或拍攝圖像再用量角器測量，這類方法都無法避免人為作切線的誤差。量高法的測量原理：當(dāng)1滴液體的體積小于6pL時(shí)，付忽略地球引力對其形狀的影響，認(rèn)為液滴呈鉍準(zhǔn)圓的一部。如圖3所示，只要測量液滴在固體表面上的高度h以及與固體接觸面的直徑2r,就付用式（2）計(jì)算出接觸角。閣3量高法測接觸角量角法的測量原理：1）將等腰直角量角器的a、b兩邊下移，直

7、到使角量角器的a、b兩邊分別和液滴相切；2）然后繼續(xù)垂直下移等腰量角器，直到量角器的頂點(diǎn)和液滴邊緣相交于點(diǎn)C，從而確定液滴的最高點(diǎn)C的坐標(biāo)；3）最后繞著C點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動S角度，直到a邊和液滴一氣體一材料三相交點(diǎn)A相交時(shí)，如圖4所示，即可求出e。0=2p,又因?yàn)閜=S+45%所以有0=9O%2S,只要知道量角器AC邊轉(zhuǎn)過的角度，就可以計(jì)算出接觸角0。當(dāng)接觸角0〉90。時(shí)，量角器的AC邊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，取正值，當(dāng)接觸角0<90。時(shí)，量角器的AC邊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，取負(fù)值。圖3最角法測接觸角本實(shí)驗(yàn)所用的儀器jc2oooci接觸角測量儀就可采収量角法和量高法這兩種//法進(jìn)行接觸角的測

8、定。三、儀器與材料儀器：JC2000C1接觸角測量儀實(shí)驗(yàn)材料：玻璃表而四、實(shí)驗(yàn)要求每個(gè)基底，在6個(gè)不同位置測量，每個(gè)位置測量1次，每次測量用直接測量法，量角法,量高法獲得接觸角數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)步驟(1)開機(jī)。將儀器插上電源，打幵電腦，雙擊桌而上的JC2000C1應(yīng)用程序進(jìn)入主界而。點(diǎn)擊界而右上角的活動圖象按鈕，這時(shí)可以看到攝像頭拍攝的載物臺上的圖象。(2)調(diào)焦。將進(jìn)樣器或微M注射器同定在載物臺上方，調(diào)整攝像頭焦距到0.7倍(測小液滴接觸角時(shí)通常調(diào)到2倍?2.5倍)，然后旋轉(zhuǎn)攝像頭底座后而的旋鈕調(diào)節(jié)攝像?義?到載物臺的距離，使得閣象最清晰。(