一、定義

接觸角是衡量液體對(duì)固體表面潤(rùn)濕性的一個(gè)指標(biāo)。它是在氣、液、固三相交界處，氣-液界面的切線(xiàn)與固-液交界線(xiàn)之間的夾角。接觸角的大小直接反映了液體在固體表面的潤(rùn)濕能力。

二、應(yīng)用

接觸角測(cè)量技術(shù)是一種精確的科學(xué)方法，它不僅能夠?qū)Σ牧系谋砻嫘阅苓M(jìn)行詳細(xì)的表征和分析，而且在多個(gè)關(guān)鍵行業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。

1.石油工業(yè)：該技術(shù)用于評(píng)估油水界面的相互作用，從而優(yōu)化勘探和開(kāi)采過(guò)程。

2.浮選工業(yè)：通過(guò)接觸角的精確測(cè)量，可以有效地控制和改進(jìn)礦物的分離過(guò)程。

3.醫(yī)藥材料：接觸角測(cè)量技術(shù)是研究藥物與生物表面相互作用的重要工具，對(duì)于藥物傳遞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重大意義。芯片產(chǎn)業(yè)利用此技術(shù)來(lái)確保晶圓表面的清潔度和均勻性，以保質(zhì)保量的產(chǎn)出。

4.環(huán)境友好型材料的開(kāi)發(fā)：低表面能無(wú)毒防污材料的研究依賴(lài)于接觸角測(cè)量技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其防污性能。在油墨和化妝品行業(yè)，該技術(shù)支持產(chǎn)品配方的優(yōu)化，以確保理想的涂抹和附著特性。農(nóng)藥的研發(fā)也借助于接觸角測(cè)量技術(shù)，以期提高活性成分在目標(biāo)作物上的吸附效率。

5.印染工藝：通過(guò)接觸角的控制，可以改善顏料在纖維上的固著率，而在造紙工業(yè)，它有助于提升紙張的品質(zhì)?？椢镎眍I(lǐng)域利用接觸角測(cè)量技術(shù)來(lái)增強(qiáng)紡織品的親水性或疏水性，以實(shí)現(xiàn)特定的功能性。洗滌劑的研制同樣離不開(kāi)接觸角的精確測(cè)定，以確保最佳的清潔效果。

6.噴涂應(yīng)用：該技術(shù)確保涂層的均一性和附著力，而在污水處理領(lǐng)域，接觸角測(cè)量技術(shù)則用于優(yōu)化固體顆粒的沉降和分離過(guò)程。

三、特點(diǎn)

在考慮液體與固體表面的相互作用時(shí)，接觸角θ是判斷表面潤(rùn)濕性的關(guān)鍵參數(shù)。若θ小于90°，則可判定該固體表面為親水性，即液體能夠較易地潤(rùn)濕固體。在此情況下，接觸角越小，表明潤(rùn)濕性越佳。反之，若θ大于90°，則固體表面表現(xiàn)為疏水性，即液體不易潤(rùn)濕固體，并在表面上易于移動(dòng)。

關(guān)于液體是否能進(jìn)入毛細(xì)管，這不只取決于接觸角的大小，還與特定液體的性質(zhì)有關(guān)。即便在較大夾角的條件下，也并非所有液體都會(huì)排斥進(jìn)入毛細(xì)管。

潤(rùn)濕過(guò)程與各相界面間的張力有著直接的聯(lián)系。當(dāng)一滴液體落在水平的固體表面上并達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，所形成的接觸角與固/氣、固/液、液/氣三個(gè)界面之間的張力滿(mǎn)足楊氏方程（Young Equation）：γSV= γSL+ γLV×cosθe

根據(jù)楊氏方程，我們可以預(yù)測(cè)幾種不同的潤(rùn)濕情形：

1.當(dāng)θ=0°時(shí)，代表液體對(duì)固體的潤(rùn)濕；

2.當(dāng)θ﹤90°時(shí)，液體對(duì)固體存在部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕現(xiàn)象；

3.當(dāng)θ=90°時(shí)，它標(biāo)志著潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕的臨界點(diǎn)；

4.當(dāng)θ﹥90°時(shí)，液體不潤(rùn)濕固體；

5.當(dāng)θ=180°時(shí)，液體不全潤(rùn)濕固體。

在毛細(xì)現(xiàn)象中，液體上升或下降的高度h反映了毛細(xì)作用的強(qiáng)度，其中h的正負(fù)值分別對(duì)應(yīng)著上升或下降。浸潤(rùn)液體上升時(shí)，接觸角表現(xiàn)為銳角；而不浸潤(rùn)液體下降時(shí)，接觸角則為鈍角。

液體在毛細(xì)管中上升的高度h可通過(guò)以下公式計(jì)算：

上升高度h=2*表面張力系數(shù)/（液體密度*重力加速度g*液面半徑R）。

上升高度h=2*表面張力系數(shù)*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細(xì)管半徑r）。

四、測(cè)量方法

接觸角的測(cè)量是表面化學(xué)和材料科學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)手段，用于評(píng)估液體與固體表面的相互作用。目前，測(cè)量接觸角的方法主要有兩種：一是外形圖像分析法；二是稱(chēng)重法，后者亦稱(chēng)為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀。在眾多方法中，外形圖像分析法因其應(yīng)用廣泛、測(cè)量值直接且準(zhǔn)確而被廣泛采用。

外形圖像分析法的基礎(chǔ)原理是將液體滴置于固體樣品表面，通過(guò)顯微鏡頭和相機(jī)捕捉液滴的外形圖像。隨后，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)及相應(yīng)算法，從圖像中計(jì)算出液滴的接觸角。

接觸角的計(jì)算通常基于特定的數(shù)學(xué)模型，如將液滴視為球體或圓錐體的一部分。通過(guò)測(cè)量特定參數(shù)，例如寬度/高度比，或通過(guò)直接擬合的方式，可以得出接觸角的值。Young-Laplace方程則描述了封閉界面的內(nèi)外壓力差與界面曲率和界面張力之間的關(guān)系，它能夠精確地描述軸對(duì)稱(chēng)液滴的外形輪廓，并據(jù)此計(jì)算出接觸角。

對(duì)于紙張的接觸角測(cè)量，可以參考Tappi T 558標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。而煙用紙張的接觸角測(cè)量，則應(yīng)依據(jù)中國(guó)制煙行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 424-2011“煙用紙表面潤(rùn)濕性能的測(cè)定 接觸角法”執(zhí)行。

接觸角的測(cè)量方法可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。按照直接測(cè)量物理量的不同，可分為量角法、測(cè)力法、長(zhǎng)度法和透過(guò)法。根據(jù)測(cè)量時(shí)三相接觸線(xiàn)的移動(dòng)速率，可分為靜態(tài)接觸角、動(dòng)態(tài)接觸角（進(jìn)一步細(xì)分為前進(jìn)接觸角和后退接觸角）以及低速動(dòng)態(tài)接觸角。按測(cè)試原理劃分，又可以分為靜止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕獲氣泡法、毛細(xì)管上升法和斜板法。