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: