浸潤
編輯浸潤是液體與固體表面保持接觸的能力,當兩者結合在一起時,由分子間相互作用產生。 這發生在存在氣相或與xxx個不混溶的另一個液相的情況下。 潤濕程度(潤濕性)由粘附力和內聚力之間的力平衡決定。
浸潤對于兩種材料的粘合或粘附很重要。 潤濕和控制潤濕的表面力也負責其他相關效應,包括毛細管效應。
潤濕有兩種類型:非反應性潤濕和反應性潤濕。
浸潤處理物質的三相:氣、液、固。 由于在過去二十年中出現了許多納米材料(例如石墨烯、碳納米管、氮化硼納米網),它現在成為納米技術和納米科學研究的關注中心。
說明
編輯液體和固體之間的粘附力導致液滴在整個表面擴散。 液體內的內聚力導致液滴成球狀并避免與表面接觸。
如圖 1 所示,接觸角 (θ) 是液-氣界面與固-液界面相交的角度。 接觸角由粘附力和內聚力之間的平衡決定。 隨著液滴在平坦的固體表面上擴散的趨勢增加,接觸角減小。 因此,接觸角提供了潤濕性的反量度。
接觸角小于 90°(低接觸角)通常表示表面的潤濕非常有利,流體會散布在大面積的表面上。 接觸角大于 90°(高接觸角)通常意味著表面的潤濕是不利的,因此流體會盡量減少與表面的接觸并形成致密的液滴。
對于水,可潤濕表面也可稱為親水性,不可潤濕表面也可稱為疏水性。 超疏水表面的接觸角大于 150°,表明液滴與表面之間幾乎沒有接觸。 這有時被稱為蓮花效應。 該表描述了不同的接觸角及其相應的固/液和液/液相互作用。 對于非水性液體,術語親液用于低接觸角條件,而疏液用于較高接觸角。 同樣,術語 omniphobic 和 omniphilic 適用于極性和非極性液體。
高能與低能表面
編輯液體可以與兩種主要類型的固體表面相互作用。 傳統上,固體表面被分為高能固體和低能固體。 固體的相對能量與固體本身的體積性質有關。 金屬、玻璃和陶瓷等固體被稱為“硬固體”,因為將它們結合在一起的化學鍵(例如共價鍵、離子鍵或金屬鍵)非常牢固。 因此,打破這些固體需要大量的能量(或者,需要大量的能量來切割體積并形成兩個單獨的表面),因此它們被稱為高能。 大多數分子液體在高能表面實現完全潤濕。
另一種類型的固體是弱分子晶體(例如,碳氟化合物、碳氫化合物等),其中分子主要通過物理力(例如,范德華力和氫鍵)結合在一起。 由于這些固體是由弱力結合在一起的,因此破壞它們所需的能量非常低,因此它們被稱為低能量。 根據所選液體的類型,低能表面可以允許完全或部分潤濕。
據報道,動態表面在施加適當的刺激后會發生表面能的變化。 例如,當在不同表面能的雙穩態構象之間切換時,顯示光子驅動分子馬達的表面會發生水接觸角的變化。
低能表面的浸潤
低能表面主要通過色散(范德華力)力與液體相互作用。 威廉·齊斯曼 (William Zisman) 得出了幾個重要發現:
Zisman 觀察到 cos θ 隨著液體表面張力 (γLV) 的降低而線性增加。 因此,他能夠在各種有機液體的 cos θ 和表面張力 (γLV) 之間建立線性函數。
當 γLV 和 θ 較低時,表面更易潤濕。 當 cos θ = 1 時,Zisman 將這些線的截距稱為該表面的臨界表面張力 (γc)。 這個臨界表面張力是一個重要的參數,因為它只是固體的一個特征。
知道固體的臨界表面張力,就可以預測表面的潤濕性。 表面的潤濕性由固體最外層的化學基團決定。結構相似的表面之間的潤濕性差異是由于原子堆積的差異。
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