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接觸角測試（CA）的原理、樣品制備要求及實(shí)際應(yīng)用

來源：時(shí)間：2023-11-16 09:54:00 瀏覽：26543次

接觸角測試（CA）的原理、樣品制備要求及實(shí)際應(yīng)用

接觸角測試（Contact Angle Measurement，簡稱 CA）是一種用于研究液體與固體表面之間相互作用力的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過測量液體在固體表面上的接觸角，可以得到液滴在固體表面上的潤濕性、表面張力、表面粗糙度等信息，進(jìn)而了解固體表面的性質(zhì)。

一、測試原理

接觸角測試的基本原理是楊氏方程（Young's equation）。

楊氏方程描述了在固體表面上的液滴與固體表面之間的平衡關(guān)系，如下所示：

γ_lv = γ_sv + γ_lσ

其中，γ_lv 為液氣界面張力（液體與氣體之間的作用力），γ_sv 為固氣界面張力（固體與氣體之間的作用力），γ_lσ 為液固界面張力（液體與固體之間的作用力）。接觸角θ即為液滴在固體表面上的平衡角度，可以通過測量液滴在固體表面的潤濕性來得到。

二、樣品制備

1. 材料選擇：接觸角測試所需的樣品應(yīng)具有一定的硬度、透明度和表面光滑度；通常選用玻璃、石英、金屬等材料作為測試樣品。

2. 表面處理：為了獲得較好的測試結(jié)果，需要對樣品表面進(jìn)行處理，以降低表面粗糙度、去除油脂、氧化物等污染物；表面處理方法包括：化學(xué)腐蝕、物理腐蝕、拋光、清洗等。

3. 尺寸要求：樣品尺寸應(yīng)滿足測試設(shè)備的要求，通常要求樣品尺寸為直徑 25mm，厚度 1mm 的圓形薄片；對于某些特殊場合，可以根據(jù)實(shí)際需求制備特定尺寸的樣品。

4. 放置方式：在接觸角測試過程中，樣品應(yīng)放置在穩(wěn)定的環(huán)境中，避免溫度、濕度等因素對測試結(jié)果產(chǎn)生影響；測試時(shí)，樣品應(yīng)保持水平，液滴與固體表面的接觸角度可以精確測量。

三、實(shí)際應(yīng)用

1. 材料表面改性：接觸角測試可用于評估材料表面改性效果，通過測量液體在改性前后的接觸角變化，可以了解改性劑對材料表面潤濕性的改善程度。

2. 潤滑油性能評估：接觸角測試可用于評估潤滑油的潤滑性能，通過測量液體在潤滑油作用下的接觸角變化，可以了解潤滑油對金屬表面的減磨效果。

3. 生物醫(yī)學(xué)：接觸角測試可用于研究生物組織表面的性質(zhì)，如細(xì)胞、蛋白質(zhì)等；通過測量液體在生物組織表面的接觸角，可以了解生物組織的親水性、疏水性以及生物活性物質(zhì)的作用機(jī)制。

4. 納米技術(shù)：接觸角測試在納米技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，可用于研究納米材料的表面性質(zhì)、潤濕性以及納米結(jié)構(gòu)對液體接觸角的影響，此外，還可以用于評估納米材料在液體表面的分散性、吸附性等。

5. 環(huán)境科學(xué)：接觸角測試在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中也有廣泛應(yīng)用，例如，研究土壤表面性質(zhì)、污染物在土壤表面的吸附和解吸、土壤侵蝕等方面。

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