浸润

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浸润是液体与固体表面保持接触的能力,当两者结合在一起时,由分子间相互作用产生。这发生在存在气相或与第一个不混溶的另一个液相的情况下。润湿程度(润湿性)由粘附力和内聚力之间的力平衡决定。 浸润对于两种材料的粘合或粘附很重要。润湿和控制润湿的表面力也负责其他相关效应,包括毛细管效应。 润湿有两种类型:非反应性润湿和反应性润湿。 浸润处理物质的三相:气、液、固。由于在过去二十年中出现了许多纳米材料(例如...

浸润简介

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浸润液体固体表面保持接触的能力,当两者结合在一起时,由分子间相互作用产生。 这发生在存在气相或与第 一个不混溶的另一个液相的情况下。 润湿程度(润湿性)由粘附力和内聚力之间的力平衡决定。

浸润对于两种材料的粘合或粘附很重要。 润湿和控制润湿的表面力也负责其他相关效应,包括毛细管效应。

润湿有两种类型:非反应性润湿和反应性润湿。

浸润处理物质的三相:气、液、固。 由于在过去二十年中出现了许多纳米材料(例如石墨烯碳纳米管氮化硼纳米网),它现在成为纳米技术和纳米科学研究的关注中心。

浸润说明

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液体和固体之间的粘附力导致液滴在整个表面扩散。 液体内的内聚力导致液滴成球状并避免与表面接触。

如图所示,接触角 (θ) 是液-气界面与固-液界面相交的角度。 接触角由粘附力和内聚力之间的平衡决定。 随着液滴在平坦的固体表面上扩散的趋势增加,接触角减小。 因此,接触角提供了润湿性的反量度。

接触角小于 90°(低接触角)通常表示表面的润湿非常有利,流体会散布在大面积的表面上。 接触角大于 90°(高接触角)通常意味着表面的润湿是不利的,因此流体会尽量减少与表面的接触并形成致密的液滴。

对于水,可润湿表面也可称为亲水性,不可润湿表面也可称为疏水性超疏水表面的接触角大于 150°,表明液滴与表面之间几乎没有接触。 这有时被称为莲花效应。 该表描述了不同的接触角及其相应的固/液和液/液相互作用。 对于非水性液体,术语亲液用于低接触角条件,而疏液用于较高接触角。 同样,术语 omniphobic 和 omniphilic 适用于极性和非极性液体。

高能与低能表面

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液体可以与两种主要类型的固体表面相互作用。 传统上,固体表面被分为高能固体和低能固体。 固体的相对能量与固体本身的体积性质有关。 金属玻璃陶瓷等固体被称为“硬固体”,因为将它们结合在一起的化学键(例如共价键离子键金属键)非常牢固。 因此,打破这些固体需要大量的能量(或者,需要大量的能量来切割体积并形成两个单独的表面),因此它们被称为高能。 大多数分子液体在高能表面实现完全润湿。

另一种类型的固体是弱分子晶体(例如,碳氟化合物、碳氢化合物等),其中分子主要通过物理力(例如,范德华力氢键)结合在一起。 由于这些固体是由弱力结合在一起的,因此破坏它们所需的能量非常低,因此它们被称为低能量。 根据所选液体的类型,低能表面可以允许完全或部分润湿。

据报道,动态表面在施加适当的刺激后会发生表面能的变化。 例如,当在不同表面能的双稳态构象之间切换时,显示光子驱动分子马达的表面会发生水接触角的变化。

低能表面的浸润

低能表面主要通过色散(范德华力)力与液体相互作用。 威廉·齐斯曼 (William Zisman) 得出了几个重要发现

Zisman 观察到 cos θ 随着液体表面张力 (γLV) 的降低而线性增加。 因此,他能够在各种有机液体的 cos θ 和表面张力 (γLV) 之间建立线性函数。

浸润

当 γLV 和 θ 较低时,表面更易润湿。 当 cos θ = 1 时,Zisman 将这些线的截距称为该表面的临界表面张力 (γc)。 这个临界表面张力是一个重要的参数,因为它只是固体的一个特征

知道固体的临界表面张力,就可以预测表面的润湿性。 表面的润湿性由固体最外层的化学基团决定。结构相似的表面之间的润湿性差异是由于原子堆积的差异。

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词条目录
  1. 浸润简介
  2. 浸润说明
  3. 高能与低能表面
  4. 低能表面的浸润

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