初期表面自由能

初期表面自由能簡介

初期表面自由能是初始狀態下物體表面分子間作用力的體現，並且液體在固體表面的潤濕性能在生命科學、表面化學、醫藥、印染等領域中有著重要作用。其次現代裝備的防垢、自潤滑性、釺焊性能等能也與固體表面的自由能值密切相關。

在通過接觸角計算表面自由能的過程中，由於選用的計算方法所依據的理論存在局限性，難以準確獲得表面能值。測量表面自由能時需要藉助投影、攝像等技術，由於儀器解析度、擬合輪廓等原因，使測量結果存在不確定度。同時，接觸角滯後等諸如此類的原因，都將導致接觸角的測量結果存在偏差。

初期表面自由能測量理論背景

通常表面自由能值是通過對接觸角進行測量，藉助關係方程求解得出。接觸角的定義，是在水平放置的均勻平整的固體表面上滴一滴液滴，當液滴達到穩定形態。過固、液、氣三相相交點作液氣界面的切線，與固液界面的夾角。

測量方法

量角法

量角法包括：切線法、斜板法和光點反射法。切線法最為常用，這種方法是通過照相等技術，得到液滴的圖像檔案，直接測量出接觸角的值。該方法測量較為直接，但要人為作液氣界面的切線，對人員操作要求嚴格，難以得到接觸角的精確值。量角法將來的發展要能夠滿足高測量精度，這需要依靠相關軟體技術的套用和發展。德國KRUSS 視頻光學接觸角儀DSA100 就是通過其自身所帶的DSA1 軟體對液滴放大後取像，經軟體調整後進行測量。

表面自由能長度法

長度法是測量與接觸角相關的幾何尺寸長度。常用的長度測量法有以下幾種。

（1）小球冠法

小球冠法又稱半球法、量高法，是用細針頭將液滴滴在平整均勻的固體表面上，保持表面水平。液滴的體積較小時可視為理想的球冠形態，並忽略重力影響，通過測量，可得出接觸角的值。這種方法要求被測表面平整均勻，測量接觸角的範圍在0～180°。該方法得出的接觸角值比量角法更為精確。

（2）液餅法

將液滴不斷地滴在固體表面，形成一個液餅。繼續增加液體的量時，液餅的高度會到達最大值。

（3）垂片法

取薄板狀的待測材料，尺寸2×5 cm²。將薄板材料豎直懸掛在液體中。液體由於毛細作用會沿薄板邊緣向上爬升。

該方法測量的是液體爬升高度，對被測表面的平整度沒有要求。

表面自由能測力法

測力法由Wilhemly 在1986 年首次提出，又稱Wilhemly 法。是將固體薄板水平放置，緩慢向下移動。當選用薄板的下表面與液體表面完全接觸時，測量液體介質對薄板的作用力的大小。

表面自由能透過法

透過法分為透過速度法和高度法，透過速度法更為常用。透過法的具體操作是將粉末裝入管狀柱體中形成粉末柱體, 顆粒間會存在空隙，這些間隙可以看作是一束毛細管。液體因毛細作用在管內爬升。