接触角测量的方法和应用

　　接触角是指当一液体与固体表面相接触时，液体在与固体表面相接触（点）处（三相接触边界，3PCP）其液/气-界面形状走向的切线与固体表面（包括液体相一侧）之间的夹角。这一角度的值标志着液体在固体表面的润湿性：当润湿性很好时，液体可以在固体表面铺展开，呈现0°的接触角值；当润湿性很差时，液体在固体表面无法铺展，只能聚集在一起而包成一团，呈现180°的接触角值；当润湿性界于很好与很差之间时，液体在固体表面可以有限度地铺展开来，形成介于0°~180°之间的接触角。这一有限的接触角值是体系中各个不同的相互作用力的平衡，也是体系趋向低能量的结果。涉及的相互作用力包括。

　　1.液体自身的表面张力（γL）：这一值越大，液体越倾向于聚集在一起、包成一团，而不愿意在固体表面上铺展开来；

　　2.固体自身的表面张力或表面（自由）能（γS）：这一值越大，固体表面的能量位越高，越希望有能量较低的液体层能够在其上面铺展开来而覆盖它，以降低体系的能量；

　　3.液体/固体表面-界面的相互作用力（γSL）：这一值越小，固体表面对液体的吸引力越大，液体越能够在其上面铺展开来，导致较低的接触角值。

　　所以，如果希望液体能够较好地润湿固体表面：液体的表面张力值越低、固体的表面能值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利。

　　反之，如果希望液体最好不要润湿固体表面：液体的表面张力值越高、固体的表面能值越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。

　　如果假设液体的表面张力值（γL）是已知的（这一值可以直接测量，所以比较容易准确获得）；如果再假设，γSL与γS、γL之间存在某一确定的依赖关系，如γSL=f(γS,γL)

　　那么接触角的值θ，与这些相互作用力之间的关系，可以表达为：θ=g(γS,γL,γSL)=g(γS,γL,f(γS,γL))=h(γS,γL)

　　也就是说，接触角的值与液体表面张力和固体表面能有关（上式中的f，g和h均表示一定的函数/依赖关系）。当前者给定时，其值直接与固体表面能相关。所以测量所使用的液体也被称为探针液体（probe），通过测量它在固体表面的接触角值，可以用来探测固体表面的表面能值，也即固体表面的润湿属性，而这也正是接触角测量之应用基础。

　　接触角值的测量目前有二种常用的方法：基于称量的Modified Wilhelmy Plate方法和基于液面（liquid meniscus）形状分析的光学法。前者属于间接的方法，后者属于直接方法。