第六章 固液界面

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1、第六章固液界面2021/7/181第六章固液界面固液界面的产生：暴露在空气中的固体会吸附气体，此时再与液体接触，若所吸附的气体被排开，则此时产生固液界面润湿（wetting）现象:水在清洁玻璃表面上铺展开——润湿叶片上的水珠，玻璃上的水银——不润湿润湿作用：用液体取代空气，将固气表面接触代之以固液接触的过程。液体在什么条件下可润湿固体？怎样改变液体和固体的润湿性质满足人们的需要？第六章固液界面6.1润湿过程润湿过程可分为三类：粘湿（粘附润湿adhesion）,浸湿(immersion)，铺展(spreadi

2、ng)2021/7/182第六章固液界面6.1.1粘湿第六章固液界面概念：变液气界面和固气界面为固液界面的过程能量：-ΔG=Wa=γsg+γlg－γsl，Wa为粘附功恒温条件下，Wa≥0（或ΔG≤0）是发生粘湿的条件。Wa越大，体系越稳定，固液界面结合得越牢。任何使γsl减小的作用因素都可增大发生粘湿的倾向并增加粘附的牢度。2021/7/183第六章固液界面6.1.2浸湿概念：固体浸入液体，固气表面为固液界面所代替的过程。能量：-ΔG=Wi=γsg-γslWi为浸润功。其大小可以反映液体在固体表面上取代气体

3、的能力第六章固液界面6.1.3铺展能量：-ΔG=S=γsg-γsl-γlgS：铺展系数恒温恒压条件下，S≥0时，液体可以在固体表面上自动展开。由于浸润功Wi=γsg-γsl所以S=Wi-γlg要S>0，则必须要浸润功Wi>γlg2021/7/184第六章固液界面6.1.4润湿过程的比较粘湿Wa=γsg-γsl+γlg≥0浸湿Wi=γsg-γsl≥0铺展S=γsg-γsl-γlg≥0对一个体系而言：Wa（粘附功）>Wi（粘附张力或浸润功）>S(铺展系数)若S≥0,则Wi和Wa必大于0，即凡能铺展的必定能浸润与

4、粘湿，但能浸润与粘湿的不一定能铺展。通常用S作为系统润湿程度的指标。上列三个过程都涉及粘附张力（浸润功）Wi=A=γsg-γsl显然γsg越大，γsl越小，差值越大，越有利于润湿γlg对三种润湿贡献不同：对粘湿，γlg大有利对浸湿，γlg不起作用对铺展，γlg小有利第六章固液界面2021/7/185第六章固液界面6.2Young方程和润湿接触角6.2.1Young方程和润湿接触角θ将液体滴于固体表面上，液体或铺展而覆盖固体表面,或形成一液滴停于其上。当液滴滴到固体表面上时，所形成的形状用接触角来描述。第六章

5、固液界面2021/7/186第六章固液界面接触角θ：在固液气三相交界线上任意点O的液体的表面张力γlg与液固界面张力γsl间的夹角。平衡时三相点处各界面张力γsgγlgγsl一般服从或其中γlgγsl力图使液滴收缩，γsg力图使液滴展开以上两式称为Young方程（1805）或润湿方程，是研究s-l润湿的基础第六章固液界面2021/7/187第六章固液界面6.2.2润湿性好坏的判据θ=0º铺展（完全湿润）(cosθ=1；γsg=γlg+γsl)，θ=180º完全不湿润，液体在固体表面凝集成小球0º<θ<90º

6、润湿，且θ越小，润湿性越好90º<θ<180º不湿润（不完全润湿）第六章固液界面2021/7/188第六章固液界面6.2.3接触角与湿润过程的能量将Young方程γsg-γsl=γlgcosθ代入Wa=γsg-γsl+γlgWi=γsg-γsl=AS=γsg-γsl-γlg得：Wa=γlg(cosθ+1)A=Wi=γlgcosθS=γlg(cosθ-1)只要已知液体的表面张力与接触角θ，即可算得Wa，A和S根据Young方程也可知：γlg↘，θ↘，润湿性增大第六章固液界面2021/7/189第六章固液界面W

7、a=γlg(cosθ+1)≥0，θ≤180º附着A=Wi=γlgcosθ≥0，θ≤90º浸湿S=γlg(cosθ-1)=0，θ＝0º铺展第六章固液界面2021/7/1810第六章固液界面6.2.4接触角滞后概念：固液界面取代固气界面与固气界面取代固液界面后形成的接触角不相同的现象。前进角θa：固液界面取代固气界面后形成的接触角后退角θr：固气界面取代液气界面后形成的接触角例：水在某些矿物上的θa和θr之差可达50度。水银在钢上的θa与θr之差可达150度原因：表面不平和表面不均匀及测定技术不当。污染是导致表

8、面不均匀的一个主要原因。第六章固液界面2021/7/1811第六章固液界面第六章固液界面2021/7/1812第六章固液界面6.2.5粗糙度与润湿接触角的关系——Wenzel方程平滑表面的润湿方程：当润湿方程应用于具有一定粗糙度r的表面时应加以校正：粗糙表面的接触角余弦函数的绝对值总是比平滑表面的大：第六章固液界面θ小于90’时，表面粗化将使θ变小。对于可以润湿的体系，固体表面粗化时体系的润湿性更好；θ大于90‘