接触角

接触角是液体-蒸汽界面与固体表面相交的角度，通常通过液体测量。 它通过杨氏方程量化液体对固体表面的润湿性。 在给定温度和压力下，给定的固体、液体和蒸汽系统具有独特的平衡接触角。 然而，在实践中经常观察到接触角滞后的动态现象，范围从前进（xxx）接触角到后退（最小）接触角。 平衡接触在这些值内，并且可以从它们计算出来。 平衡接触角反映了液体、固体和蒸汽分子相互作用的相对强度。

接触角取决于液体自由表面上方的介质，以及接触的液体和固体的性质。 它与固体相对于液体表面的倾角无关。 它随表面张力而变化，因此随液体的温度和纯度而变化。

液气界面的形状由 Young-Dupré 方程确定，接触角通过 Young 方程充当边界条件。

接触的理论描述源于对三相之间热力学平衡的考虑：液相 (L)、固相 (S) 和气相或气相 (G)（可能是环境大气的混合物） 和液体蒸气的平衡浓度）。 （气相可以用另一种不混溶的液相代替。）如果固-气界面能用 γ S G {\displaystyle \gamma _{SG}} 表示，则固-液界面能用 γ S L { displaystyle \gamma _{SL}} ，以及 γ L G {\displaystyle \gamma _{LG}} 的液气界面能（即表面张力），然后是平衡接触角 θ C {\ displaystyle \theta _{\mathrm {C} }} 由 Young 方程根据这些量确定

Thomas Young 于 1805 年报告了关于平面上固着液滴的接触角和表面张力之间关系的最早研究。一个世纪后，吉布斯提出了对杨氏方程的修正，以解释接触角的体积依赖性。 吉布斯假设存在线张力，它作用于三相边界并解释了固-液-气相界面汇合处的过剩能量

其中 κ[N] 是线张力，a[m] 是液滴半径。 尽管实验数据验证了接触角的余弦与反线半径之间的仿射关系，但它没有说明 κ 的正确符号，并且高估了其值几个数量级。

随着原子力显微镜、共聚焦显微镜和扫描电子显微镜等测量技术的改进，研究人员能够产生更小尺度的液滴并对其成像。 随着液滴尺寸的减小，出现了新的润湿实验观察结果。 这些观察结果证实，修正后的杨氏方程在微纳米尺度上不成立。 Jasper 提出，在自由能的变化中包含 V dP 项可能是解决如此小尺度接触角问题的关键。 鉴于自由能的变化在平衡时为零：

自由液汽边界处的压力变化是由拉普拉斯压力引起的，它与平均曲率成正比。