[发明专利]一种基于全反射原理的微结构表面润湿状态判断方法

说明书

本发明公开了一种基于全反射原理的微结构表面润湿状态判断方法，液滴处于Cassie状态时，随着光从液体入射空气时，如果入射角大于临界入射角，光线将在气液表面发生全反射，如果能够观测到反射光线，则液滴处于Cassie状态，反之，液滴处于Wenzel状态，因此该方法通过判断固体表面的液滴润湿状态，可以反映固体表面的斥水特性。相比于AFM设备，该方法只需要激光和对应的观测设备，价格较低，且能满足精度需要。

技术领域

本发明属于表面润湿性质测量技术领域，具体涉及一种基于全反射原理的微结构表面润湿状态判断方法。

背景技术

根据液滴在微米级微结构粗糙表面上的浸润程度，液滴的润湿状态可以分为两种：Cassie和Wenzel状态，如图1(a)和图1(b)所示，一般情况下，处于Cassie状态的液体更容易从固体表面流走。从而，液滴在固体表面的润湿状态直接反映了固体表面液体流动的容易程度，这是因为当流体处于Cassie状态时，由于流固之间的作用面积减小，故固体对流体的力作用也减小，由此导致流体流过时阻力减小。由于不同表面结构对流动过程的阻力减小的效果不同，故固体表面对液体的斥水特性可以通过判断液滴在固体表面的润湿状态确定。因此，提出判断液体在不同固体表面的润湿状态的实验方法是具有重要意义的。

目前对于Cassie与Wenzel的转换主要采用AFM获得表面局部特征的方法，该方法虽然能够十分精确得获得液体在表面的分布情况，但是其需要AFM系统的支持，因此十分昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于全反射原理的微结构表面润湿状态判断方法，能够判断液滴在结构表面所处的润湿状态，且该方法测量结果准确，而且操作方法，价格低廉，容易推广应用。

本发明的一种全反射原理的微结构表面润湿状态判断方法，包括如下步骤：

步骤1、将液滴滴于微结构表面；

步骤2、采用光线以大于临界入射角的角度照射液滴；其中，所述临界入射角为光线从液滴进入空气时发生全反射的临界入射角；

步骤3、观察反射光线，如果发生全反射现象，则微结构表面处于Cassie 润湿状态。

较佳的，所述液滴采用Cu(OH)₂悬浊液。

较佳的，所述光线为激光光线。

较佳的，所述步骤2中，光线以大于临界入射角5°-10°的角度入射进入液滴。

较佳的，不断改变光线在所述液滴上的入射点，当光线发射全反射的次数达到设定次数时，则判定为发生全反射现象，即此时处于Cassie润湿状态。

较佳的，采用显微镜观察光线的传播情况。

较佳的，采用CCD记录光线的传播情况。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出了一种基于全反射原理的检测微结构表面润湿状态(Cassie和Wenzel润湿状态)的方法，当液滴处于Cassie状态时，随着光从液体入射空气时，如果入射角大于临界入射角，光线将在气液表面发生全反射，如果能够观测到反射光线，则液滴处于Cassie状态，反之，液滴处于Wenzel状态，因此该方法通过判断固体表面的液滴润湿状态，可以反映固体表面的斥水特性。相比于AFM设备，该方法只需要激光和对应的观测设备，价格较低，且能满足精度需要。

附图说明

图1(a)为Cassie状态示意图，图1(b)为Wenzel状态示意图；

图2为矩形阵列结构表面参数示意图；

图3为全反射原理示意图；

图4基于全反射原理的润湿状态判断的实验装置示意图；