潤濕性(Wettability)是描述液體在固體表面上發(fā)生鋪展或附著的能力的物理特性,它本質(zhì)上反映了固體與液體之間的相互作用強弱,是界面化學領域的核心概念之一。簡單來說,潤濕性好意味著液體容易 “貼附" 在固體表面并擴散(比如水在玻璃上鋪開);潤濕性差則意味著液體容易在固體表面 “縮成一團"(比如水在荷葉上形成水珠)。
潤濕性的核心判斷標準:接觸角;潤濕性無法直接測量,需通過接觸角測定儀測量接觸角(θ) 這一宏觀指標來量化 —— 接觸角的大小直接對應潤濕性的強弱,接觸角越小,潤濕性越好;接觸角越大,潤濕性越差。
潤濕:θ ≈ 0°液體鋪展在固體表面,無明顯 “液滴形態(tài)",幾乎覆蓋整個固體表面,例如水在干凈的玻璃表面(或酒精在多數(shù)固體表面);
部分潤濕:(親水 / 親液)0° < θ < 90°液體能較好地附著并擴散,液滴扁平,固 - 液接觸面積較大,例如水在瓷磚、棉布表面;
不潤濕(疏水 / 疏液)90° < θ < 180°液體難以附著,收縮成球狀或橢球狀,固 - 液接觸面積小,例如水在荷葉、石蠟、不粘鍋涂層表面;
不潤濕θ ≈ 180°液體不附著,呈 “球狀滾動",幾乎不與固體表面接觸(理想狀態(tài),現(xiàn)實中極少實現(xiàn)),水在超疏水材料(如特殊納米涂層)表面的近似狀態(tài)。
潤濕性的根源與接觸角一致,仍是固體 - 液體 - 氣體三相界面張力的平衡關系—— 本質(zhì)是 “液體分子與固體分子的吸引力" 和 “液體分子自身的內(nèi)聚力" 之間的競爭:
當固體 - 液體分子吸引力 > 液體分子內(nèi)聚力時:液體分子更傾向于 “貼近" 固體表面,克服自身收縮的趨勢,從而鋪展,表現(xiàn)為潤濕性好(接觸角小);
當固體 - 液體分子吸引力 < 液體分子內(nèi)聚力時:液體分子更傾向于 “聚集在一起",避免與固體表面接觸,從而收縮成球,表現(xiàn)為潤濕性差(接觸角大)。
例如:水(極性分子)在玻璃(極性固體,表面有羥基)上,水分子與玻璃分子的極性吸引力強于水分子間的內(nèi)聚力,因此水會鋪展(潤濕性好);而水在石蠟(非極性固體)上,水分子與石蠟分子的吸引力弱于水分子內(nèi)聚力,因此水會收縮(潤濕性差)。因此,為了準確評估材料的潤濕行為,通常需借助接觸角測試儀進行精密測量。通過接觸角測定儀所獲得的數(shù)據(jù),是判斷材料表面性質(zhì)的關鍵依據(jù)。現(xiàn)代接觸角測定儀不僅可測量靜態(tài)接觸角,還可分析動態(tài)接觸角變化,為科研與工業(yè)應用提供全面的界面性能表征。