定義
潤濕作用(wetting)
固體表面的一種流體被另一種流體所取代的過程。
潤濕有三種類型,即沾濕、浸濕與鋪展。
沾濕是改變液-氣界面固-氣界面為固-液界面的過程;
沾濕附著發生條件:△GA=γSL-γSG-γLG<0
WA=γSG-γSL+γLG≥0
式中:γSG、γSL和γLG分別為氣-固、液-固和氣-液界面的表面張力
浸濕是指固體浸入液體的過程如洗衣時把衣服泡在水中;
浸濕發生條件:△Gi=γSL-γSG≤0
Wi=γSG-γSL≥0 (Wi:浸濕功)
鋪展是在固-液界面代替固-氣界面的同時,液體表面也擴展。
鋪展發生條件為:△GS=γSL+γLG-γSG≤0
S=γSG-γSL-γLG≥0 (S:鋪展功)
設液體在固體表面上形成液滴,形成如下圖所示的液滴:
到達平衡時,在氣、液、固三相交界處,氣-液界面和固-液界面之間的夾角稱為接觸角(contact angle),用θ表示。它實際是液體表面張力和液-固界面張力間的夾角。接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處,三種界面張力的相對大小所決定的。從接觸角的數值可看出液體對固體潤濕的程度。
當、和達平衡時以下關係:
γSG-γSL=γLG cosθ
上述方程稱為楊(Young)方程。從楊方程我們可以得到下列結論:
(1)如果(γSG-γSL)=γLG,則cosθ=1,θ=0° ,這是完全潤濕的情況,在毛細管中上升的液面呈凹型半球狀就屬於這一類。如果(γSG-γSL)>γLG,則直到
θ=0還沒有達到平衡,因此楊方程不適用,但是液體仍能在固體表面鋪展開來。
(2)如果0<(γSG-γSL)<γLG,則1>cosθ>0,θ<90o ,固體能為液體所潤濕;
(3)如果(γSG-γSL)< 0,則cosθ<0,θ>90o ,固體不為液體所潤濕,如水銀滴在玻璃上。
根據楊方程,我們還可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表達式:
潤濕的套用
潤濕是清洗介質對工件表面的附著和擴展,潤濕的本質就是清洗介質對工件表面的粘附,即用清洗介質對工件表面的潤濕來取代污染物的粘附。清洗介質對工件表面的潤濕,削弱了污染物對工件表面的粘附,便於污染物的剝離。
清洗介質的潤濕能力表現了清洗介質穿透和滲透間隙、狹縫的能力。與工件表面的性質和形態有關,以及清洗介質的密度、黏度、表面張力有關。若工件表面不變,則潤濕能力與清洗介質的密度成正比,與清洗介質的黏度和表面張力成反比。
潤濕:指表面上一種流體被另一種流體所取代的過程。
分類:粘濕:固體和液體接觸形成固液界面的過程。
浸濕:固體浸入液體形成固液界面的過程。
鋪展潤濕:液體鋪展在固體表面而形成固液界面的過程。
原理
液體在與固體接觸時,沿固體表面擴展的現象。又稱為液體潤濕固體。通常用接觸角來反映潤濕的程度。在液、固、氣三相的交界處作液體表面的切線與固體表面的切線(如圖),兩切線通過液體內部所成的夾角θ即稱為接觸角。當θ為銳角時,液體在固體表面上擴展,即液體潤濕固體;θ=0時,叫做完全潤濕;θ為鈍角時,液體表面收縮而不擴展,液體不潤濕固體,簡稱不潤濕;當θ=π時,稱為完全不潤濕。
接觸角θ是描寫液、固、氣三相交界處性質的一個重要的物理量。
微觀上,液體和固體接觸的面記憶體在薄薄一層,該層內的液體分子受到外面固體分子的作用,其性質和液體內部的不同,稱附著層。附著層表現出和表面張力十分類似的現象,區別在於自由表面永遠是收縮力,附著層存在的可能是一個收縮力,也可能是一個展延力,這決定於相接觸的液體和固體的性質。當固體分子對液體分子吸引力不夠強時,附著層如表面層一樣表現為收縮力,此時接觸角為鈍角,液體不潤濕固體;當固體分子對液體分子吸引力足夠強時,使得附著層中液體分子靠得更加緊密,相互排斥作用轉占優勢,形成這一層的展延傾向,表現為展延力,此時接觸角為銳角,液體潤濕固體。
當液體完全潤濕固體時,液體將布滿整個固體表面,或者在固體表面上形成單分子膜。這種現象在兩種液體相互接觸時也可能發生。例如某些油類可以在水面上展布為油的單分子膜。
在自然界、工程技術和日常生活中,潤濕和不潤濕現象都起著重要作用。