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前進(jìn)角和后退角哪個(gè)能更準(zhǔn)確表征材料的潤濕性?

  當(dāng)談?wù)摰浇佑|角，通常指的是液滴滴到樣品表面形成的角度，該角度叫做靜態(tài)接觸角。靜態(tài)從某種意義上是我們?cè)诨€穩(wěn)定時(shí)觀察液滴。但為什么液滴會(huì)形成這種形狀呢？這是在表面上形成可能的接觸角還是也會(huì)有其他的角度呢？哪一個(gè)能更準(zhǔn)確表征材料的潤濕性呢？

  為什么在所有表面會(huì)有多個(gè)穩(wěn)定接觸角？關(guān)于靜態(tài)接觸角的有效性一直存在著長期爭論。研究表明，大多數(shù)表面不只有一個(gè)穩(wěn)定接觸角，大多數(shù)情況下會(huì)有一定范圍內(nèi)的接觸角值。樣品表面上最大接觸角為前進(jìn)角，最小接觸角為后退角。前進(jìn)角和后退角的差值為接觸角滯后。

  人們普遍認(rèn)為，幾乎所有真實(shí)表面都存在接觸角滯后現(xiàn)象。接觸角滯后是由于材料表面化學(xué)異質(zhì)性導(dǎo)致的。理想表面不存在接觸角滯后。理想表面是化學(xué)均一的、堅(jiān)固的、在原子尺度上是平整的，并且不會(huì)與測量所用液體發(fā)生反應(yīng)。實(shí)際上研究表明納米級(jí)的粗糙度就會(huì)導(dǎo)致接觸角滯后。此外，小到6-12nm的化學(xué)異質(zhì)性仍然會(huì)導(dǎo)致接觸角滯后。

  結(jié)合上述觀點(diǎn)，可以肯定的說理想表面幾乎不存在，并且由表面粗糙度和化學(xué)異質(zhì)性引起的接觸角滯后總是存在的。從某種角度來說靜態(tài)接觸角是無意義的，因此測量前進(jìn)角和后退角才能獲得材料真實(shí)的表面潤濕性。

前進(jìn)角對(duì)疏水性污染物更為敏感：

  前進(jìn)角是測量液體潤濕干燥表面時(shí)的角度，通常使用針法將水逐漸滴加在表面來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)接觸線開始移動(dòng)時(shí)就可以測量前進(jìn)角。前進(jìn)角對(duì)固體表面的疏水成分更為敏感。當(dāng)評(píng)價(jià)親水表面的清潔度時(shí)會(huì)使用前進(jìn)角，因?yàn)榇蠖鄶?shù)污染物是有機(jī)物，因此是疏水的。測得的前進(jìn)角跟滴加液體與表面的吸引或排斥的趨勢(shì)密切相關(guān)。

后退角與固液間的粘附力有關(guān)：

  后退角是當(dāng)液體被撤回時(shí)測得的接觸角。后退角對(duì)固體表面的親水成分更為敏感。研究表明后退角與固液之間的粘附力密切相關(guān)。

  前進(jìn)角和后退角大多是用水測量的，有些研究也使用完全色散的液體測量如十六烷或二碘甲烷。用水和色散液體測得的前進(jìn)角和后退角會(huì)給出表面潤濕特性的全部信息。保證測量準(zhǔn)確的前提下，前進(jìn)角和后退角的數(shù)值與表面自由能的趨勢(shì)是符合的。