论文综述--材料表面的接触角研究.doc

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1、本科生毕业设计（论文）论文综述学院—轻工学院专业印刷工程导师学生学号二O—五年三月二十五日1.1研究目的和意义本课题的研究H的在于讨论以往的研究者们利用光滑接触角具有稳恒特征的事实以及触角的局部量特性来获取接触线附近的三相作用势，以此为建立接触角的关系式的一些实验方法。并进一•步结合接触角滞后现象讨论界面张力与滞后角之间的关系，找出作用域范围，并II了解他们利用其结论处理的一些表面粗糙度、表面多相化学组分的问题。通过探讨材料表面结构（分布方式，结构尺寸，表面粗糙度等），来了解材料表面的润湿性，并得出材料表面自洁功能与表面结构的关系。润湿性（又称浸润性，Wet

2、tability）是固体表面的一个重要特征，影响固体表面润湿性的因索主要包括两个方面：一是组成固体表面物质的化学组成（即构成固体表面的都是有什么化学组分构成的）；二是固体表面的几何构形（如材料表面的粗糙程度）。另外，外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响。当固体表面自由能低吋，疏水性增强,反之亲水性增强。然而，具有最低表面能的平滑固体表面与水的接触角最犬只有119。。而表面自由能是材料固有的特征，当材料确定时，表面自由能也就确定。因此为了得到更好的亲水或疏水效果，改变表面粗糙度以及表面尺寸从而改变材料表面的自由能就变得尤为重要。在现实牛活小，

3、自清洁仿牛材料有着广泛的应用。例如，在玻璃上涂上一层薄的、透明的疏水自清洁仿牛材料，使这种玻璃可在雨水的作用下自清洁，而不留下任何痕迹，据此开发的仿牛产站将具有广阔的市场前景;还可以用它做成家庭花园桌椅贴面,使桌椅面任凭风吹雨打仍旧清洁异新；此外，还可用于纺织、印刷、太阳能板、交通标牌甚至房上瓦片；再者可以根据叶表面气孔的非光滑微结构，开发出各种自洁、透光性好、无液滴的仿牛自洁农膜，由此带来巨大的经济效益和社会效益。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状宁乔等⑴，用照相机捕捉到的液滴灰度图像，运用牛顿■拉夫逊法、龙格■库塔法、坐标轮换法等多种数值方法，对

4、液滴的边界进行拟合，寻求最优的轮廓拟合点，分析求取液滴的表面张力、接触角、体积等物理参数，这种方法在操作上减少了人为误差,但需要大量的优化来推导出近似解。王娟等［2】采用Wilhelmy吊片法测量剑麻纤维与水的接触角，通过剑麻纤维接触角测试恒定段后退线与前进线的差值除去剑麻纤维小空结构芯吸液体的质量，分析前进角测试曲线计算前进接触角。闵琪等⑶根据Wilhclmy吊片法原理测量了流体的表而张力及其在固体表而的动态接触角，并与标准数据相比较，体现了较好的一致性。李斌等人⑷在对聚内烯表面PNIPAAm接枝膜的温度响应性与表面特性研究时，同时也发现了液滴在非交联型P

5、NIPAAm接枝膜的接触角是随着吋间的变化而下降的，最终达到一定值，其屮在25°C时，非交联型PNIPAAm接枝膜的聚内烯表而的接触角达到平衡的时间人约需要lOOso李斌认为这种引起这种变化的原因是水对接枝层的润湿作用。王新平等⑶对水在聚苯乙烯、聚丁二烯及聚苯乙烯聚丁二烯嵌段共聚物接触角进行研究，同样也得到了相似的规律，但是发现了各聚合物表面的接触角达到平衡的吋间明显要比Z前的研究学者的长，其屮聚苯乙烯达到平衡的时间大概为500so通过他们的研究,他们找出了接触角对时间的依赖性的原因，是因为在液体接触固体以后,为了使体系界面能降低，聚合物屮的亲水性组分移动到

6、了聚合物的表面造成的。1.2.2国外研究现状Bateni等⑸采用口动多项拟合算法APF(auto-matedpolynomialfit)测接触角，这种方法与测角法相似，不需要流体性质的参数，而且APF法消除了由于操作者的不同而引起的误差。Stalder⑹提出了Snake-based法来准确测定接触点和接触角的方法。该方法在推导吋没有对液滴的形状作出假设，因此它可以用于球形液滴，也可以用于非轴对称液滴、倾斜基材上的液滴和投影后的液滴等的分析。Dingle⑺等采用有限元法(finiteelementmethodFEM)处理液滴外形数据,测量接触角。Yang等⑻借

7、助计算机、照相机和图像处理器，采用一种测量的0/2的值的方法，通过对液休的密度和表面张力的校止来测量接触角。实际屮测量静态前进角和后退角应用更多的是通过微量注射器往液滴屮注入或抽出少量液体，待达到平衡后测量接触角(通常在加液和抽液后10s内)，重复丄面程序，如果连续两次测量的角相同，即为前进角或后退角。测量吋注射器针尖应留在液滴内部，虽然这样会引起针尖附近发牛毛细现象以及整个表面的变形，但不会改变接触角。这是因为接触角由界面张力决定,在接触线附近弯月面的形状儿乎不受远离接触线液面形状变化的影响(最好选用稍大的液滴或针尖小的注射器)。近年来，Oliver等切提

8、出从液滴下部注入或抽出液体的方法，Neumann实验