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Wilhelmy板法測(cè)定接觸角

Wilhelmy板法測(cè)定接觸角
麥奇克/Microtrac  2023-12-12  |  閱讀:1505

接觸角測(cè)量通常用于評(píng)估表面的潤(rùn)濕性,。除了使用光學(xué)接觸角測(cè)量外,,也可用力學(xué)法張力儀測(cè)量—Wilhelmy法。


? Wilhelmy板法的基本原理

Wilhelmy板是指具有一定尺寸的薄板,,通常用于分別測(cè)量氣液界面或液液界面之間的表面或界面張力,。然而,相同的測(cè)量原理也可用于測(cè)量板或桿的接觸角,。


Wilhelmy板法基于測(cè)量部分浸入液體中的板上的力F,,作用在板上的力可以寫成:


P是板的周長(zhǎng),γ是液體的表面張力,,ρ是液體的密度,,A是板的表面積,h是浸潤(rùn)深度,,g是重力常數(shù),。等式右側(cè)的項(xiàng)由潤(rùn)濕力引起,,第二項(xiàng)由浮力引起。


在下圖中,,作用在板上的力在浸潤(rùn)循環(huán)中的各步驟都有說明,。首先,將板懸掛在天平上,,測(cè)得的力是由板的質(zhì)量引起的,。在測(cè)量開始時(shí)天平通常歸零(階段1)。當(dāng)板接觸自動(dòng)檢測(cè)的液體表面時(shí)(階段2),。當(dāng)板浸入時(shí),,施加在板上的力是由潤(rùn)濕力、板的質(zhì)量和浮力(階段3)引起的,。通過歸零平衡,,板的質(zhì)量被扣除。


前進(jìn)角和后退角可以分別通過零深度處理前進(jìn)曲線和后退曲線的線性回歸來解決,。

當(dāng)使用Wilhelmy板進(jìn)行表面張力測(cè)量時(shí),,板通常由鉑制成,以確保被測(cè)液體與板之間的接觸角為0,。這導(dǎo)致cosθ=1,,當(dāng)板的周長(zhǎng)已知時(shí),表面張力很容易測(cè)定,。


對(duì)于接觸角測(cè)量,,需要知道液體的表面張力。此外,,樣品的周長(zhǎng),,無論是板還是棒都需要知道。此外,,樣品在整個(gè)浸入長(zhǎng)度上的形狀必須均勻,,并且樣品的兩側(cè)均勻,因?yàn)榻佑|角是整個(gè)浸入?yún)^(qū)域的平均值,。


? 實(shí)際測(cè)量的Wilhelmy板曲線

Real Vilhelmy plate data.jpg

在實(shí)踐中,,使用Wilhelmy板方法獲得的曲線通常看起來像左邊的曲線,。當(dāng)樣品接觸液體表面時(shí),數(shù)據(jù)收集就開始了,。軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到此點(diǎn),,曲線的部分(AB)未用于接觸角分析,因?yàn)榘朐旅嫒栽跇悠分車纬?。?dāng)半月面形成時(shí),,前進(jìn)角穩(wěn)定。在C點(diǎn),運(yùn)動(dòng)被逆轉(zhuǎn),,并且再次需要一些時(shí)間讓半月面穩(wěn)定下來(從C到D),。曲線的形狀取決于測(cè)量的樣品。上面的曲線是在一塊矩形的聚合物上測(cè)量的,,下面的曲線是在薄纖維上測(cè)量的,。


Wilhelmy板法給出了樣品浸入部分的前進(jìn)和后退角以及接觸角滯后。


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