| 6.2 固體的表面(6)
②鋪展?jié)櫇?BR>
這是液滴落在清潔平滑的固體表面上的情況。當(dāng)忽略液體的重力和粘度影響時(shí)，則液滴在固體表面上的鋪展是由固/氣(SV)、固/液(SL)和液/氣(LV)三個(gè)界面張力所決定，其平衡關(guān)系可由圖6-15和下式確定：
 (6-31)
 (6-32)
式中：θ是潤(rùn)濕角，F(xiàn)稱(chēng)潤(rùn)濕張力。顯然，當(dāng)θ> 90° 則因潤(rùn)濕張力為負(fù)而不潤(rùn)濕；θ<90°則潤(rùn)濕；θ=0°潤(rùn)濕張力F最大，可以完全潤(rùn)濕，即液體在固體表面上自由鋪展。
從(6-32)式可進(jìn)一步得出，潤(rùn)濕的先決條件是γSV>γSL 。當(dāng)固/液兩相的化學(xué)性能或化學(xué)結(jié)合方式接近時(shí)，能符合上述情況。因此，同類(lèi)固體（如氧化物-氧化物）界面上一般會(huì)形成小的潤(rùn)濕角，甚至完全潤(rùn)濕。而在金屬熔體與氧化物之間，由于鍵性和結(jié)構(gòu)不同，界面能γSL較大，導(dǎo)致γSV<γSL 而不潤(rùn)濕。從(6-32)式還可以看到γLV的作用是多方面的，在潤(rùn)濕的系統(tǒng)中( γSV﹥?chǔ)?SUB>SL)，γLV減小會(huì)使θ縮小，而在不潤(rùn)濕的系統(tǒng)中( γSV<γSL )，γLV減小使θ增大。
③浸漬潤(rùn)濕
這是指固體浸入液體中的過(guò)程。在此過(guò)程中，固/氣界面為固/液界面所代替，而液體表面沒(méi)有變化。當(dāng)固體浸漬到液體中，自由能變化可由下式表示：
 (6-33)
若γSV>γSL，則θ<90°，于是浸漬潤(rùn)濕過(guò)程將自發(fā)進(jìn)行。若γSV<γSL ，則θ>90°，要將固體浸于液體之中必須做功。
綜上所述，可以看出三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)是：液體將氣體從固體表面排開(kāi)，使原有的固/氣(或液/氣)界面消失，而代之以固/液界面。鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能附著和浸漬。從公式(6-31)還可以看出，改善潤(rùn)濕性主要取決于γSV、γLV和γSL的相對(duì)大小。在這三者中，改變?chǔ)?SUB>SV一般是困難的，實(shí)際上更多的是考慮改變?chǔ)?SUB>LV和γSL。
真實(shí)固體表面的潤(rùn)濕還要考慮表面的粗糙和污染情況，這些因素對(duì)潤(rùn)濕過(guò)程會(huì)產(chǎn)生重要的影響。從熱力學(xué)考慮系統(tǒng)處于平衡時(shí)，界面位置的微小移動(dòng)所產(chǎn)生的界面能的凈變化應(yīng)等于零。于是，設(shè)界面在固體表面上從圖6-16(a)中的A點(diǎn)推進(jìn)到B點(diǎn)，固/液界面積擴(kuò)大了δS，而固體表面減小了δS，液/氣界面則增加了δScosθ，平衡時(shí)有：
 (6-34)
對(duì)具有一定粗糙度的實(shí)際表面如圖6-16(b)，可以認(rèn)為真實(shí)表面積比表觀面積大n倍。當(dāng)界面位置同樣由A′點(diǎn)移到B′點(diǎn)，真實(shí)表面積增大了nδS，固/氣界面也減小了nδS，而液/氣界面則增大了δS·cosθn，于是有：
 ，
 ，
 (6-35)
式中：n是表面粗糙度系數(shù)，cosθn是粗糙表面的表觀接觸角。由于n值總大于1，故θn和θ的關(guān)系將按圖6-17所示的余弦曲線(xiàn)變化，即θ<90°，θ>θn；當(dāng) θ＝90°，θ =θn；當(dāng)θ>90°，θ <θn 。由此得出結(jié)論：當(dāng)真實(shí)接觸角θ小于90°時(shí)，粗糙度越大，表觀接觸角越小，更容易潤(rùn)濕。當(dāng)θ 大于90°時(shí)，則粗糙度越大，越不利于潤(rùn)濕。
（本節(jié)完）
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