光学显微成像测量液体的接触角

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1、请将电子版打印出来，仔细阅读，不懂之处用笔标记上，这样才算写了预习报告。老师将根据认真程度给预习分光学显微成像测量液体的接触角实验类型：近代光学设计性实验实验地点：实训中心2号楼1楼2123教室实验日期：第9-12周（第一轮），每周（例如周五）节次（例如34节）学生姓名：学号：手机号：Email:一.目的要求本实验利用光学显微成像测量液体的接触角。要求达到：1．了解CCD（电荷耦合器件）的成像原理及主要构造2．了解Infinity测试软件拍摄和处理图像的步骤和方法3．掌握接触角和润湿作用的概念4．掌握测定液-固界面上接触角的方法二.实验仪器光学显微镜、CCD摄像仪、Infinity系列数

2、码成像系统、蓖麻油、注射器（最小刻度0.004ml）。三.实验原理1、接触角概念雨过天晴，让我们来看看叶子上的水珠吧。多数的叶子上，水珠是这个样子的：为什么有的叶子上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。黑色的的那个界面是弯曲的，如果我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条线来，就叫做那个曲线在那个点的切线。在图中，就是绿色的那条线。红线和绿线之间有个夹角，我们把它叫作“接触角”。6接触角是指在气、液、固三

3、相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角θ，是湿润程度的量度。润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。图1接触角立体图图2接触角剖面图如果接触角很大，是什么样子呢？当接触角很大的时候，水珠就呈现球形，水和叶子接触的地方（相当于上面这幅图中的红线）非常小，水不会再一个地方呆着，整个水珠可以滚来滚去。如果接触角很小，又会是什么样子呢？这就是一般的叶子上水珠的形状。扁扁的，水和叶面的边界很大（就是红线很长）。接触角很小，水珠也不能随便移动。进一步想，如果接触角非常小，比如说是零度了，会是什么情况呢？没错，没有蓝色的线

4、了，所有的固体都被水给占了。日常生活中，如果我们的碗或者玻璃不太干净，比如说有油，那么就触角就会比较大，我们就能看到水珠。如果用洗涤灵把它们洗得很干净，放滴水上去，水就立刻铺开，看不到水珠了。我们的头发，还有许多动物，象猫啊狗啊，一下雨就被打湿了。鹅和鸭这些动物的毛就不会被打湿，往它们身上浇点水，它们一扑腾，水就掉光了。这也是因为水在我们的头发，或者猫狗毛上的接触角很小，而在鸟的羽毛上就很大。物理上有意义的接触角的范围是0°~180°。接触角为0°时表示液体在固体表面完全铺展开，直到形成一单分子薄层（如果没有任何阻碍的话）。接触角在0°到30°之间表示液体对固体表面有很好的润湿性，能较好

5、铺展开，这一范围对许多工艺过程都是很重要的，如油漆、涂料、清洗、粘结等。接触角在30°~90°之间表示液体对固体表面有一定的润湿性，但不是很好，而当接触角大于90°时，液体对固体表面已不呈现润湿性；当这一角度增加到约130°~140°，液体开始呈现对固体表面的排斥性(surfacerepellency)。当接触角增加到150°以上时，液滴其实只是“坐”6在表面上，一有机会就想离开表面，对表面呈现高度的排斥性。水滴在荷花叶面上的现象就属于这种情况。这类表面也常被称为超疏水表面（superhydrophobicsurface），它们具有自清洗效果（self-cleaning），很有应用前景。

6、接触角大到约170°，水珠晶莹剔透，可以滚来滚去，被称为“荷花效应”（lotuseffect）。即使在荷叶上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。如果建筑物的外墙、露天的广告牌等等表面也象荷叶一样，不就可以永保清洁而免去清洗的麻烦了吗？基于“荷叶效应”的涂料在越来越多的建筑中得到了应用。现在已经有几十万座建筑使用了这种涂料。下图是效果图，水滴滚过的地方，脏东西被带走，留下了干燥清洁的表面。自然界里具有“自清洁”能力的超疏水表面，除了荷叶之外，还有芋头之类的植物以及鸟类的羽毛。这种自清洁除了保持表面的清洁，对于防止病原体的入侵还有特别的意义。象荷叶芋头这样的植物，即使生长在很“脏”的环境中

7、也不容易生病，很重要的原因就是这种自清洁能力。即使有病原体到了叶面上，一下雨也就被冲走了。如果不下雨的话，叶面很干燥，病原体还是生存不了。2、测量原理当一滴液体的体积小于6μl时，就可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部分。只要测量液体在固体表面上的高度h以及和固体接触面的直径D，就可以计算出接触角θ，如图所示。  θ<90°                            θ>90°  6 因此有θ=2θ1=2