目录

更改

跳转至: 导航搜索

疏水物

删除38字节, 2017年3月16日 (四) 10:21
无编辑摘要
===理论===
[[Image:Contact_angle.svg|thumb|right|400px|气体环绕的固体表面的液滴。接触角θ<sub>C</sub>,是由液体在三相(液体、固体、气体)交点处的夹角。]] 1805年,托马斯·杨通过分析作用在由气体环绕的固体表面的液滴的力而确定了接触角θ。
::<math>\gamma_{SG}\ =\gamma_{SL}+\gamma_{LG}\cos{\theta}</math>
:其中
::<math>\gamma_{SG}\ </math> = 固体和气体之间的[[表面张力]]
Wenzel确定了当液体直接接触微结构化的表面时,θ角会转变为<math>\theta_W*</math>
::<math>\cos{\theta}_W* = r \cos{\theta}</math>
其中,r为实际面积与投影面积的比率。Wenzel的方程显示了微结构化一个表面将会放大[[表面张力]]。疏水性表面(具有大于90°的接触角)在微结构化之后会变得更加疏水,其新的接触角将比原来增大。然而,一个亲水性表面(具有小于90°的接触角)在微结构化之后却会变得更加亲水,其新的接触角将比原来减小。
Cassie和Baxter发现如果液体悬浮在微结构表面,θ角将会变为<math>\theta_{CB}*</math>
::<math>\cos{\theta}_{CB}*</math> = φ(cos θ + 1) – 1
其中,φ为固体与液体接触面积的比例。在Cassie-Baxter状态下的液体比Wenzel状态下更具有运动性。
通过用以上两个方程计算出的新接触角,我们可以预测Wenzel状态或Cassie-Baxter状态是否应该存在。由于有自由能最小化的限制,预测出具有更小的新接触角的状态就会更可能存在。从数学上来说,要使Cassie-Baxter状态存在,以下的不等式必须成立。
::cos θ < (φ-1)/(r - φ)
最近提出的一个判断Cassie-Baxter状态是否存在的替代标准是:1)接触线力克服液滴未被支撑部分的重力;2)微结构足够高从而阻止液滴接触微结构的基底(即凹面)。
===研究和应用===
许多在自然界中找到的超疏水性物质都遵循Cassie定律,而它在次微米尺度下可以和空气组成双相物质。[[莲花]]效应便是基于此一原理而形成的。仿生学上,超疏水性物质的例子有利用奈米科技制作的nanopin膜(nanopin film)。
==另见==
577
个编辑

导航菜单