【摘要】 接触角是在气、液、固三相交界处形成的，因此气、液和固体的本性均影响其大小。对接触角数值大小能产生直接影响的属性主要包括液体的表面张力，以及引起表面张力的分子作用力的本质，如极性和非极性作用力。如果液体是多组分体系（如涂料），液体的表面张力会随着时间发生变化（一般是随时间下降），导致接触角也随着时间发生相应的变化。

在做接触角测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对接触角测量不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

 

影响接触角的因素

 

接触角是在气、液、固三相交界处形成的，因此气、液和固体的本性均影响其大小。对接触角数值大小能产生直接影响的属性主要包括液体的表面张力，以及引起表面张力的分子作用力的本质，如极性和非极性作用力。如果液体是多组分体系（如涂料），液体的表面张力会随着时间发生变化（一般是随时间下降），导致接触角也随着时间发生相应的变化。

 

固体表面的属性也是决定接触角大小的因素：

 

（1）固体表面的表面自由能及其分子作用力的本质，如极性和非极性作用力的组份，可以认为固体表面的表面自由能是由其分子作用力的大小和本质以及分子在表面的排列、结构所决定的。对于一给定的固体表面，其表面自由能数值也应是给定的。但固体表面与液体表面不同，后者几乎瞬间可以达到平衡，而固体表面由于分子的运动受到限制，在现实中很难达到真正意义上的平衡态。固体表面随着时间的松弛，从理论上讲，也会影响接触角的数值。

 

（2）固体表面的其它属性。除了上面提到的分子作用力的本质，一些其它的物理、化学属性也会影响接触角的大小。它们包括：固体表面的平整、光滑性，或者用表面的粗糙度来衡量。粗糙度可以是无序的表面凸、凹的分布，也可以是确定的、非常有序的、规则的微结构分布，这些特征的尺寸可以是微米或纳米数量级的。

 

表面的粗糙度将会对液体在固体表面的表观接触角（apparent contact angle）产生影响。表观接触角是指通过一般的（宏观）接触角测量技术测得的接触角数值。表观接触角的大小在很大程度上受到液滴与固体表面形成的三相接触线/周边的影响：如果表面是非常平整的、光滑的，那么三相接触线在铺展过程中不会遇到任何阻滞，液滴最终将达到其相应的热力学平衡态，呈现的接触角也只由液体和固体表面的分子作用力的本质所决定，这样的接触角也称为杨氏接触角。杨氏接触角只与液体的表面张力γl-g，固体表面的表面自由能γs-g和固体表面与液体接触形成的固-液界面的界面张力γs-l有关。

 

如果固体表面呈现出尺寸足够大的粗糙度，三相接触线在铺展过程中就会遇到粗糙结构的阻滞，使其无法总是跨越障碍，达到热力学平衡态。在这种情况下，液滴在固体表面形成的表观接触角就不再是一恒定值，而是可在某一范围内波动，具体的数值大小取决于液滴的三相接触线形成的方式和经历，这一现象被称为接触角的滞后效应（Contact Angle Hysteresis，CAH）。对于这样的固体表面，只测量一个接触角的值并不能完整地描述其润湿行为，而应该通过测量前进接触角、后退接触角和滚动角来表征。

 

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