亲水、疏水、超疏水新定义


图1 接触角示意图

水与表面接触各种情形由各种接触角表示,如上图所示,静态接触角$\theta$、滑动角$\alpha0$、前进角$\theta_A$、后退角$\theta_R$。

静态接触角可定义表面为亲水、疏水、超疏水:

  • 亲水对应于静态接触角$\theta < 90^{\circ}$
  • 疏水对应于静态接触角$\theta > 90^{\circ}$
  • 超疏水对应于静态接触角$\theta > 150^{\circ}$

接触角从$89^{\circ}$变化到$91^{\circ}$,这仅仅$2^{\circ}$的差异就将表面分成亲水的和疏水的,有什么道理?可有分子或驱动力方面的原因?

超疏水的定义更是随意定的。

能不能有更靠谱的定义?

有人拿各种表面做了水-表面相互作用实验,如下图所示:


图2 测量水与表面之间的相互作用力

记录力与接触角(前进角或后退角)之间的关系


图3 力与前进角(a)和后退角(b)

图3a看,前进角 $\theta_A\approx 145^{\circ}$ 是个分界线。从图3b可以看出,后退角 $\theta_R\approx 90^{\circ}$ 是个分界线。具体现象如下(图中数字为表面的编号):


图4 水从表面分离

后退角 $\theta_R<90^{\circ}$ ,表面上会留有残滴,后退角 $\theta_R>90^{\circ}$,表面上不会有液滴残留。因此可以重新定义亲水与疏水:

  • 亲水对应于后退角$\theta_R < 90^{\circ}$
  • 疏水对应于后退角$\theta_R > 90^{\circ}$

再看图3a,前进角 $\theta_A>145^{\circ}$,液体与表面之间的力为0,液体完全没有润湿表面。因此 $\theta_A>145^{\circ}$ 的情形可定义为超疏水。

综上,对亲水、疏水、超疏水的新定义如下图所示:


图5 亲水、疏水、超疏水的新定义

参考文献:

标签: 超疏水, 亲水, 疏水, 接触角

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