2023-12-18
接觸角測量通常用于評估表面的潤濕性。除了使用光學(xué)接觸角測量外，也可用力學(xué)法張力儀測量—Wilhelmy法。
• Wilhelmy板法的基本原理
Wilhelmy板是指具有一定尺寸的薄板，通常用于分別測量氣液界面或液液界面之間的表面或界面張力。然而，相同的測量原理也可用于測量板或桿的接觸角。
Wilhelmy板法基于測量部分浸入液體中的板上的力F，作用在板上的力可以寫成：
P是板的周長，γ是液體的表面張力，ρ是液體的密度，A是板的表面積，h是浸潤深度，g是重力常數(shù)。等式右側(cè)的項(xiàng)由潤濕力引起，第二項(xiàng)由浮力引起。
在下圖中，作用在板上的力在浸潤循環(huán)中的各步驟都有說明。首先，將板懸掛在天平上，測得的力是由板的質(zhì)量引起的。在測量開始時天平通常歸零（階段1）。當(dāng)板接觸自動檢測的液體表面時（階段2）。當(dāng)板浸入時，施加在板上的力是由潤濕力、板的質(zhì)量和浮力（階段3）引起的。通過歸零平衡，板的質(zhì)量被扣除。
前進(jìn)角和后退角可以分別通過零深度處理前進(jìn)曲線和后退曲線的線性回歸來解決。
當(dāng)使用Wilhelmy板進(jìn)行表面張力測量時，板通常由鉑制成，以確保被測液體與板之間的接觸角為0。這導(dǎo)致cosθ=1，當(dāng)板的周長已知時，表面張力很容易測定。
對于接觸角測量，需要知道液體的表面張力。此外，樣品的周長，無論是板還是棒都需要知道。此外，樣品在整個浸入長度上的形狀必須均勻，并且樣品的兩側(cè)均勻，因?yàn)榻佑|角是整個浸入?yún)^(qū)域的平均值。
• 實(shí)際測量的Wilhelmy板曲線
在實(shí)踐中，使用Wilhelmy板方法獲得的曲線通常看起來像左邊的曲線。當(dāng)樣品接觸液體表面時，數(shù)據(jù)收集就開始了。軟件會自動檢測到此點(diǎn)，曲線的部分（AB）未用于接觸角分析，因?yàn)榘朐旅嫒栽跇悠分車纬伞．?dāng)半月面形成時，前進(jìn)角穩(wěn)定。在C點(diǎn)，運(yùn)動被逆轉(zhuǎn)，并且再次需要一些時間讓半月面穩(wěn)定下來（從C到D）。曲線的形狀取決于測量的樣品。上面的曲線是在一塊矩形的聚合物上測量的，下面的曲線是在薄纖維上測量的。
Wilhelmy板法給出了樣品浸入部分的前進(jìn)和后退角以及接觸角滯后。
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