Wilhelmy板法测定接触角

接触角测量通常用于评估表面的润湿性。除了使用光学接触角测量外，也可用力学法张力仪测量—Wilhelmy法。

• Wilhelmy板法的基本原理

Wilhelmy板是指具有一定尺寸的薄板，通常用于分别测量气液界面或液液界面之间的表面或界面张力。然而，相同的测量原理也可用于测量板或杆的接触角。

Wilhelmy板法基于测量部分浸入液体中的板上的力F，作用在板上的力可以写成：

P是板的周长，γ是液体的表面张力，ρ是液体的密度，A是板的表面积，h是浸润深度，g是重力常数。等式右侧的第一项由润湿力引起，第二项由浮力引起。

在下图中，作用在板上的力在浸润循环中的各步骤都有说明。首先，将板悬挂在天平上，测得的力是由板的质量引起的。在测量开始时天平通常归零（阶段1）。当板接触自动检测的液体表面时（阶段2）。当板浸入时，施加在板上的力是由润湿力、板的质量和浮力（阶段3）引起的。通过归零平衡，板的质量被扣除。

前进角和后退角可以分别通过零深度处理前进曲线和后退曲线的线性回归来解决。

当使用Wilhelmy板进行表面张力测量时，板通常由铂制成，以确保被测液体与板之间的接触角为0。这导致cosθ=1，当板的周长已知时，表面张力很容易测定。

对于接触角测量，需要知道液体的表面张力。此外，样品的周长，无论是板还是棒都需要知道。此外，样品在整个浸入长度上的形状必须均匀，并且样品的两侧均匀，因为接触角是整个浸入区域的平均值。

• 实际测量的Wilhelmy板曲线

在实践中，使用Wilhelmy板方法获得的曲线通常看起来像左边的曲线。当样品接触液体表面时，数据收集就开始了。软件会自动检测到此点，曲线的第一部分（AB）未用于接触角分析，因为半月面仍在样品周围形成。当半月面形成时，前进角稳定。在C点，运动被逆转，并且再次需要一些时间让半月面稳定下来（从C到D）。曲线的形状取决于测量的样品。上面的曲线是在一块矩形的聚合物上测量的，下面的曲线是在薄纤维上测量的。

Wilhelmy板法给出了样品浸入部分的前进和后退角以及接触角滞后。

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