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1、實驗題目用接觸角測量儀測量材料表面的接觸角和表面能（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）一、實驗?zāi)康?.認(rèn)識和掌握接觸角測量儀測量表面的接觸角和表面能的基本原理；2.熟悉接觸角測量儀（Kruss公司，型號DSA1000）的操作技術(shù)；二、實驗內(nèi)容1.掌握DSA1000型接觸角測量儀的工作原理和操作步驟；2.測量醫(yī)用無機薄膜表面的接觸角和表面能；三、實驗儀器、設(shè)備及材料本實驗所使用的設(shè)備為DSA1000型接觸角測量儀，測試材料為醫(yī)用無機薄膜或醫(yī)用高分子材料。實驗中所用到的測試液體為雙蒸水、甲酰胺。樣品清洗時用到丙酮、無水乙醇、單蒸水和電爐、燒杯等。四、接觸角測量儀的基本原理將一液體滴到一平
2、滑均勻的固體表面上，若不鋪展，則將形成一個平衡液滴，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θ表示。接觸角與三個界面張力之關(guān)系為如下所示的Young方程：式中、、分別為固-氣、固-液和液-氣界面張力。由上式知,只有當(dāng)時才有明確的三相交界線,即有一定的值；而時，為零；時不存在平衡接觸角。Young方程也稱為潤濕方程，它是界面化學(xué)基本方程之一。將Young方程與三個潤濕過程的定義相結(jié)合，得到判斷潤濕過程的幾個公式：沾濕??；浸濕；鋪展；式中，、和分別稱為粘附功、浸潤功(潤濕能、粘附張力)、鋪展
3、系數(shù)。由上三式可知，越小(越大)，相應(yīng)的、和越大,即潤濕性越好，因而可作為潤濕性能的度量指標(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－液界面通過液體而與固－液界面所夾的角。如下圖示：本實驗室的接觸角測量儀采用躺滴法測量樣品表面與幾種已知液體之間的接觸角。在每個樣品表面不同位置測量5～10次，讀取液滴左右兩邊的數(shù)據(jù)，計算求其平均值及置信區(qū)間。儀器型號：DSA1000型接觸角測量儀。躺滴法最為廣泛使用的測量方法之一。該方法測量簡單、方便，準(zhǔn)確度一般在±2度左右，如果液滴很小，重力作用引起的變性可以
4、忽略，這時的液滴可以認(rèn)為是球形的一部分。五、通過接觸角計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，此過程引起體系自由能的變化是：（1）式中，，分別為單位面積固-液、固-氣和液-氣的界面自由能。沾濕的實質(zhì)是液體在固體表面上的粘附，粘附功的定義表示為：（2）又有Young方程（3）由（2）（3）得（4）同時，粘附功又可以用兩相中各自的極性分量和色散分量來表示（5）式中和為固體和液體表面自由能的極性部分，式中和為固體和液體表面自由能的色散部分。由式（4）和式（5）得（6）式中有和兩個未知數(shù)，但只要找到兩個已知和的探測液體（見表1），測二種液
5、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，即可得兩個獨立的方程，解此方程組即得和。固體的表面自由能：（7）表1五種液體的表面能參數(shù)（單位mN/m）表面能液體水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40.939.21.7五、實驗步驟1．開機：開儀器、電腦、軟件。2．安裝針頭和液體。3．接觸角的測量3．1設(shè)定測量條件：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。3．2測量：進(jìn)樣；測量過程紀(jì)錄（以錄像方式記錄測量數(shù)據(jù)）。4．接觸角及表面能的結(jié)果計算分析：4．1調(diào)出
6、錄像中的圖片進(jìn)行基線調(diào)節(jié)后測量接觸角；4．2．表面能及其極性分量、色散分量的計算窗口；七、實驗報告要求1.實驗名稱、學(xué)生姓名、班號和實驗日期；2.簡要敘述DSA1000型接觸角測量儀的工作原理；3.說明實驗中所用的實驗儀器和材料；4.敘述測量材料表面接觸角時的操作步驟；5.實驗數(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）；6.根據(jù)本節(jié)五的方法，通過所測得的接觸角計算材料的表面能，及其極性分量、色散分量，并與DSA1000型接觸角測量儀所測量出的結(jié)果相比較。八、實驗注意事項1.實驗室場地比較擁擠，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；
7、3.做好實驗原始記錄，整理好實驗數(shù)據(jù)，不清楚的地方要及時問指導(dǎo)教師；4.實驗結(jié)束后清理好實驗場地，收好實驗樣品。九、思考題1.材料表面與水的接觸角的大小反映了材料表面的什么性能？2.材料的表面能的單位是什么？表達(dá)的是什么物理量？3.極性分量與色散分量分別代表什么意義？
