廣義的潤濕是指表面上一種流體被另一種流體取代的過程。在通常情況下潤濕是指在固 體表面上空氣被水或其他液體取代的過程。為了評價材料表面的潤濕性，我們可以采用測量 液體在固體材料表面上接觸角的方法。 

      在材料表面上附著的液滴會呈現(xiàn)出一定形狀，這個形狀取決于固體-液體-氣體各界面之 間的張力平衡。1805 年 Thomas Young 首先提出了一個方程描述這個平衡態(tài)。

圖 1 Young 方程 

      就接觸角的數(shù)值而言，接觸角越小說明固體表面越容易被液體潤濕，接觸角越大說明固 體表面越難被液體潤濕。 

      對于理想的固體表面，當液滴在表面達到力學(xué)平衡后，只有一個符合 Young 方程的接觸角值。然而，實際上材料表面都是非理想的，材料表面會有一定的粗糙度，材料表面的化學(xué)性質(zhì)不均一甚至被污染，所以必然會出現(xiàn)接觸角滯后的現(xiàn)象。所謂接觸角滯后就是指液滴在 潤濕材料表面的過程中，所呈現(xiàn)出的接觸角不斷變化的現(xiàn)象。在真實條件下測量出的接觸角 值總是在處于最大前進角和最小后退角之間的一個數(shù)值。

      由于以上提到的原因，我們知道接觸角的測量結(jié)果是和液滴形成的過程直接相關(guān)的，液 滴形狀大小的變化和三相接觸線的運動會直接反應(yīng)到前進角和后退角的測量結(jié)果上。在某些 材料表面上測量前進角和后退角的差值甚至達到 90°以上。測量動態(tài)接觸角能夠定量的描 述接觸角滯后的現(xiàn)象，為液體在實際材料表面上的潤濕研究提供了有力的方法。 

      在接觸角測量的專業(yè)領(lǐng)域，大家普遍認為單純測量靜態(tài)接觸角不足以表征材料表面的潤濕特性，只有通過測量包括前進接觸角和后退接觸角值在內(nèi)的動態(tài)接觸角才能為表征待測體 系的潤濕特性提供更完整的信息。測量實際材料表面上的接觸角也比估算理想表面上的接觸角更有意義。

      目前使用光學(xué)接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法和加液/減 液法三種。

      第一種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾 斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時 液滴不一定發(fā)生移動，但是形狀會開始發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的 接觸角則不斷地變小，當表面傾斜到一定角度時，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時液滴下方 三相接觸點發(fā)生運動之前對應(yīng)的接觸角就是最大前進角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之 前對應(yīng)的接觸角就是最小后退角。當液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時的表面傾斜角， 就叫滾動角（滑動角）。

圖 2 傾斜臺法測量動態(tài)接觸角和滾動角 

      使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

      第二種方法是離心旋轉(zhuǎn)臺法又稱滯留力天平法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面 后，利用離心旋轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。 隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，液滴整體受到的離心力越來越大，液滴開始發(fā)生形狀變化，并且順著 旋轉(zhuǎn)半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯，直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外 側(cè)的接觸角不斷地增大，而內(nèi)側(cè)的接觸角則不斷地變小，當轉(zhuǎn)速達到一個臨界值時，液滴開 始發(fā)生整體滑動，此時液滴外側(cè)三相接觸點發(fā)生運動之前對應(yīng)的接觸角就是最大前進角，而 液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應(yīng)的接觸角就是最小后退角。根據(jù)液滴體積、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn) 半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。

上圖從左至右轉(zhuǎn)速和離心力逐漸增加

圖 3 離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角 

使用離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。 

      第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后， 把注射針插入液滴內(nèi)部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液 體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注 射和回吸過程中兩側(cè)的接觸角不斷地變化，三線接觸點同時發(fā)生移動。如果液體注射和回吸 的速度足夠緩慢，三相接觸點運動接近一個亞平衡狀態(tài)，過程中可以得到最大前進角和最小后退角。

圖 4 加液-減液法測量動態(tài)接觸角 

      使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且不需要額外的特殊附件，投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導(dǎo)致接觸角計算的誤差。

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）