[发明专利]用于材料润湿性改变的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及改变表面润湿性的方法和装置。

技术背景

亲水性是材料对水显示亲合性的特性。当将这些材料润湿后在其表面形成水膜或涂层。亲水材料显示低的接触角值(水滴与固态表面之间的角(图1))。另一方面，疏水材料对水具有相反的响应。疏水材料具有很小或不具有吸附水的倾向，并且水在其表面倾向于形成“水珠”(即离散的水滴)。疏水材料具有高的接触角值。

润湿性是所有材料的表面特性，其对于每一材料具有独特性。可以通过本领域技术人员已知的多种方法之一测定润湿性，所述方法例如液滴接触角测定、捕泡法或完整表面能分析。接触角是表面润湿性和界面自由能的重要宏观性质。有若干技术可用于接触角测定。悬滴法和座滴法是其中最常使用的实验技术。当液滴置于致密材料表面时，该液滴的铺展主要取决于表面化学和表面形貌。当平衡时，所述液滴显示球形，如图1所示；固体表面和液滴与固体接触的切线之间的角称为接触角θ。接触角涉及不同相之间的界面能(α)，用杨氏方程(式1)表示：

α_sv＝α_sl+α_lvcosθ(式1)

其中下标‘s’，‘l’和‘v’分别指固体、液体和蒸汽。能够直接测定的参数仅为θ和α_lv。因此，为了分别直接测定两固体表面张力α_sl和α_sv，需要其它方程式。在文献中报道了一些有争议的方法来评估固体表面张力。Owen-Wendt方法(Owens D.K，Wendt R.D.J.Appl.Polym.Sci.13，1741(1969))是基于以下的假设：总表面张力能够被表达为两分量α^p和α^d的总和，其由特定类型的分子间力产生，分别为极性分量(α^p)和色散分量(α^d)。色散分量被定义为固体和液体的表面能的色散分量的几何平均值的两倍，并且能由式2对其进行计算：

αsl=αsv+αlv-2αsvpαslp-2αsvdαsld]]>(式2)

由式1和式2，使用由一对已知色散表面张力分量和极性表面张力分量的测试液体测定的接触角实验值可确定α_sl和α_sv。粘附功(W)是在固/液(sl)界面的情况下，将接触的材料分离到无限远所需的能量，用Young-Dupré方程定义为：

W＝α_s+α_l-α_sl＝α_lv(1+cosθ)(式3)

其中下标‘s’和‘l’分别指固体和液体。

在另一情况下，当固/液界面的表面电势改变时，假设α_sl和α_sv与电势改变无关并保持不变；根据Lippmann方程式4，α_sl由电学分量(α_sl^el)和化学(与电势无关)分量(α_sl⁰)组成：

(式4)

其中是零电荷的电势，是固/液界面的电势，σ_sl是表面电荷密度。表面电荷密度σ_sl用式5定义：

(式5)