接触角界面张力JC2000C1使用说明书NEW概要.doc

JC2000C接触角测量仪 使用说明书  目 录 第一章 前 言 2 第二章 原理概述 3 2.1 接触角定义 3 2.2 润 湿 3 2.3 接触角的测定 5 2.4 表面张力的测定 6 第三章 仪器组成 8 3.1 技术指标 8 3.2 系统组成 8 3.2.1 硬件组成 8 3.2.2 软件组成 9 第四章 系统安装 10 第一节 系统软件安装 10 4.2.1 CCD驱动软件安装 10 4.2.2 仪器操作软件安装 15 4.2.4显示器设定 15 第五章 系统使用 16 5.1 启动 16 5.2 采样操作模块使用说明 17 5.3 菜单说明 18 5.4 使用步骤 19 5.4.1 采样 19 5.4.2 量角法 20 5.4.3 量高法 22 5.4.4 影像分析 23 5.4.5 拟合分析法 24 5.4.6 悬滴法测表面张力 25 5.4.7 Owens二液法计算表面能 26 附录1：接触角的其它测定方法 28 附录2：接触角滞后现象和毛细管升高法介绍 29 附录3：一些体系的接触角参数和某些液体的表面张力值 32 附录4：表面化学与胶体中的常用公式与重要概念 36 附录5 常见问题的处理 42  前 言 众所周知，纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。 JC2000C1接触角测量仪是在JC98A的基础上改进的接触角测量仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，也可测量外相为液体的接触角。该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角, 粉末在压片后也可测量。该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。 第二章 原理概述 2.1 接触角定义 当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。 图1 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即 （1） 式中γS/A、γL/A、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle），θ在00-1800之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o可作为润湿与不润湿的界限，θ90o时可润湿，θ90o时不润湿。 2.2 润 湿 润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用WS/L来表示。润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting）、铺展润湿（spreading wetting）和浸湿（immersional wetting）。可从图2看出。 图2 三类润湿 粘附润湿 如果原有的1m2固面和1m2液面消失，形成1m2固-液界面，则此过程的WAS/L为： WAS/L＝γS/A+γL/A-γS/L （2） 铺展润湿 当一液滴在1m2固面上铺展时，原有的1m2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m2液面和1m2固－液界面，则此过程的WSS/L为： WSS/L＝γS/A-γL/A-γS/L （3） 浸湿 当1m2固面浸入液体中时，原有的1m2固面消失，形成1m2固－液界面，则此过程的WIS/L为： WIS/L＝γS/A-γS/L （4） 对上述三类润湿，γS/A和γS/L无法测定，如何求WS/L？分别讨论如下： ①粘附润湿 将（1）式代入（2）式，可得：WAS/L＝γL/A（1+cosθ） （5） 因液体表面张力γL/A为已知，故只需测定接触角θ即可求出WAS/L。 ②铺展润湿 将（1）式代入（3）式，可得：WSS/L＝γL/A（cosθ-1） 因cos≤1，故WSS/L≤0。但WS/L是自由能降低，结果表示可以有一个自由能增加或不变的自发过程。这显然违反热力学第二定律。错误在于误用了（1）式，此式只适用于平衡态。若液滴自动铺展以完全盖住固面，这就表示液滴与固面不成平衡态，所以不能将（1）式代入