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疏水疏油理論:潤濕角度解讀其基礎(chǔ)原理

2026-01-12 11:54:34鑫盛洋閱讀量:2508 我要評論


  潤濕性作為固體表面的重要特性之一,所涉及的基材潤濕,乃是水、油等液滴于其表面瞬間鋪展的過程。而這一潤濕過程的難易程度,與基材的表面結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。潤濕現(xiàn)象于自然界中俯拾皆是。譬如,被雨水潤濕的衣物、雨后荷葉上盈盈滾動的水珠,以及炒鍋上流淌的食用油等,皆是潤濕現(xiàn)象的生動體現(xiàn)。
 
  與之截然相反的是疏水、疏油特性。當(dāng)水、油在基材表面無法瞬間滲開,而是以水珠、油珠的形態(tài)于其表面滾動時,便呈現(xiàn)出不潤濕的狀態(tài)。此時,液體對基材表面的粘附力小于其自身的內(nèi)聚力。基材的疏水、疏油效果可借助接觸角予以表征。通常而言,接觸角越大,其疏水、疏油性能便越為優(yōu)異。液滴在基材表面的具體情形,可參見下圖。
 
  接觸角,以θ表示,可被用以評判界面張力的大小。同時,它也是評定基材表面疏水、疏油性能優(yōu)劣的一項至關(guān)重要的指標(biāo)。楊氏方程闡明了氣固、氣液、液固界面張力與接觸角之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性,其具體表達式詳見下式。
 
  由上式能夠推知,浸潤程度會隨著接觸角θ的減小而遞增,相應(yīng)地,疏水、疏油能力則漸趨減弱。一般來說,θ = 90°是判定潤濕與否的臨界值。當(dāng)θ = 0 時,意味著基材表面實現(xiàn)了完全浸潤;當(dāng)θ < 90°時,基材局部易于被浸潤,此情形下的表面被稱作親液表面;當(dāng) 90° < θ < 150°時,液滴無法對基材進行浸潤,這樣的表面被定義為疏液表面。尤其值得關(guān)注的是,當(dāng) 150° < θ < 180°時,基材展現(xiàn)出極難被浸潤的特性,此類表面被稱為超疏液表面;當(dāng)θ = 180°時,液滴會呈現(xiàn)出完美的圓球狀,這代表著完全不浸潤的狀態(tài),屬于理想情形。
 
  然而但是,楊氏方程僅適用于理想狀態(tài),實際應(yīng)用中,接觸角θ并非單一數(shù)值,分為前進角、后退角及滾動角,前進與后退角間的差稱作接觸角滯后,具體詳見下圖。
 
  從上圖能夠推斷出,后退角θr 越大,液滴越容易脫落,這表明該基材具備出色的疏水、疏油性能。
 
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