接触角法在测定固体表面洁净度方面的应用.docx

接触角法在测定固体表面洁净度方面的应用李伟,刘方方,张浩,黄文杰,顾丽敏(河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018)摘要:介绍了接触角法测定固体表面洁净度的基本原理,接触角的测定方法,包括量角法,测高法(小液滴法和平衡液滴法)。影响接触角法测定准确的主要因素为表面粗糙度,此外温度变化及平衡时间对接触角也略有影响。接触角法在生产中的具体应用有水滴法、水膜法和喷雾法,讨论了它们在测定物体洁净度和判断清洗方法优劣方面的应用。关键词:洁净度;接触角法;清洗;检测中图分类号:TQ649;TQ423199文献标识码:A文章编号:1001-1803(2006)01-0034-04曲率半径的凸透镜形状0°θ90°;图1中c为可形成一个大于曲率半径的截面θ90°。图中O点为气、液、固三相的会合点也可视为三个相界面投影图的交点。有三种力同时作用于O点的液体分子上:σs-g力图把液体分子拉向左方,以覆盖更多的气-固界面;σs-l则力图把液体分子拉向右方,以缩小固-液界面;而σg-l则力图把液体分子拉向液面的切线方向,一个洗净后的物体经常需对固体表面的洁净度进行评价,可以利用表面的各种性质作为评价洁净度的依据。理想的评价方法应具有以下特点:客观性、可重复性、可信度高、操作简便迅速及检测过程中不破坏材料等。洁净度的评价方法是随着清洗技术的发展不断更新的,但目前没有一种评价方法是万能的,只能根据具体需要选定最合适的评价方法。通常人们会选用一些方便而有效实用的方法来实现此目的,尤其是在工业清洗工艺的生产中更是如此。对于那些可被水润湿的材料所构成的物体,接触角法就可以实现对洁净度简便有效的评价。接触角法是测试物体表面润湿性好坏的一种重要方法,而一个物体其硬表面的洁净程度,与水在此物体上润湿形成的接触角密切相关。因此生产中就可以利用所测的接触角来判断物体表面的洗净程度。以缩小气-液界面。当表面为光滑的水平面,种力处于平衡状态时则存在以下关系:σs-g=σs-l+σg-lcosθ上述三(1)(2)(3)或σs-g-σs-l=σg-lcosθ或cosθ=(σs-g-σs-l)/σg-l上式称为杨氏方程2,3。由此式可知,p下:在一定的T,1)当θ=90°时,cosθ=0,σs-g=σs-l,于润湿与否的分界线。2)当θ90°时,cosθ0,σs-gσs-l,为不润湿。3)当θ90°时,cosθ0,σs-gσs-l,为润湿。系统处接触角法简介在一个水平放置的光滑固体表面上,滴上一滴水,水滴在固体表面形成的形状如图1所示。1此时称此时称4)当θ趋近于0°,cosθ≈1,这在数学上完全是可能的。这时液体几乎完全平铺在固体表面上,即发4生铺展,则称为完全润湿。在判断各种类型的润湿能否进行时,以能量变化为基础,推导出接触角的判据条件如下:图1液体在固体表面呈现的3种状态Fig11Threestatesofliquidexistingonsolidsurface图1为过液滴中心且垂直于固体表面的剖面图,固-液界面的水平线与气-液界面在O点的切线间的夹角θ称为接触角1。图1中a为可扩展成一个均一的双面膜θ=0°;图1中b为可形成一个截面小于能量判据沾湿:Wa=σg-l(1+cosθ)≥0浸湿:A=σs-g-σs-l≥0接触角判据90°θ≤180°0°θ≤90°收稿日期:2005-04-29;修回日期:2005-09-14作者简介:李伟(1972-),男(汉),河北石家庄人,工程师,在读硕士研究生。通讯联系人:刘方方,电话:(0311E-mail:fangfangliu@hebust1edu1cn。·34·专论与综述第1期李伟等:接触角法在测定固体表面洁净度方面的应用θ≤0°(或不存在)5S=σs-g-σs-l-σg-l≥021211小液滴法在水平的固体被测表面上放一小滴液体,其高度为h,底宽为2r,液滴很小时(10-10m3),可近似地视为球的一部分(图3),于是应有如下关系:铺展:由于大多数有机污染物是憎水的,对于由同一种材料制成的清洗对象,通过比较其接触角大小可以了解相应的洁净程度。接触角法是将定量的水滴在受检的工件表面上,通过接触角测定仪测量水滴与工件表面接触角的大小来评价此受检工件表面清洁度的一种方法6。接触角越小表明受亲油性污垢污染越轻,其表面洁净度越高。例如钢铁、不锈钢、贵金属以及玻璃等材料构成的物体,理论上与水接触角可达10°以下,但是沾有污垢的这些表面在用有机溶剂、表面活性剂水溶液和碱液等清洗剂清洗后还有厚度为几个分子的污垢层在表面吸着残留,所以清洗后接触角最小可达30°,通过电解、研磨和等离子体处理之后能使上述吸附的污垢剥离,用强烈的氧化方法也能去除吸附层,而得到接触角在10°以下的超洁净的表面7。sinθ=2hr/(h2+r