表面能計(jì)算原理說明

1、固I1輿之界面弓K力的一般定表面能算原理明羲，如同液ft的表面弓K力液ft>Mit之界面弓K力以!E表示，同檄的固-氟的界面張力以表示，然而表面能雎然可明碓被定羲,然而谷口舞法如液it-B被直接測(cè)量.由揭氏熱力平衡方程式如下：,%='"二J1，勒:固醴表面能,民:液醴表面發(fā)力九:固-液界面張力a：接斶角程式以便上述方程式右遏量而得，然而尚有雨他未知數(shù),因此舞法直接算出表面能,因此表面能旋舞所言胃正碓或檄型值，只能由一些模型中提供另一方求出，道些模型皆有假僚件，因此所算出的結(jié)果只能算是表面能近似值.目前常用的模型如下1. ZismanPlot(criticalwettin

2、gtension)2. Fowkes3. Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)4. ExtendedFowkes5. Wuharmonicmean6. Equation-of-state7. Lewisacid/basetheory使用上述方法各別算,可能得到之結(jié)果彼此有高逵25%的差昇,然而每槿方法皆有其遹用的表面固H,然而谷口舞所言胃正碓或檄型值，雎然如止匕，表面能仍具有原理的基磁性，可如液I1表面弓晨力般具借客覲性，同日寺封於一般所遹用的模式，其差遣是在可接受的1®圉內(nèi).陶界表面5M力'.-ZismanPlot由榻氏熱力平衡方程式如下：hy:液

3、it表面弓k力,遹用：表面能<100mN/m（低能表面）的固f!表面，液滴在表面形成的接斶角主要是液I1表面弓K力的函數(shù),封於給定的固ft表面和同系列的相液H（如烷？二烷基脂和烷基鹵化物），日輿I學(xué)有近似性IO.封於非趣性液it,居同保十分相符，然封於高表面弓K力的趣性液it,居同保加不十分符合，直始粵曲coecos9=1日寺，可以得到固H的表面弓K力，耦懸潤(rùn)漏陶界表面弓K力，它的定羲是指液H剛好金甫展到固I!表面生完全潤(rùn)漏日寺的表面弓K力，F(xiàn)owkes方法假定：液ft及固ft表面弓K力可分懸色散力和趣性作用力，若固液雨相中有一相是非趣性，即固液之只有色散力相互作用，舞趣性作用力1%c0

4、s8+l)=2(%耳八根操(1.4),甲分別表示固醴和ms*面發(fā)力的色散力部份.式中封於非趣性固ii,封於非趣性液it,也有,根摞(1-4)式，可得出下式：作圈得一直>,其斜率懸故用Fowkes方法，可得到非趣性固ft的表面能.%(38+1)日寺,用Zisman方法得到的非趣性固f!陶界表面弓晨力可表徵其固I1的表面能.,優(yōu)直斜率可得到固I1的Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)Method假定：分子色散力(disperse)和趣性力(polar)各自貓)立作用且合力可加液醴數(shù)量：n>=2ExtendedFowkesMethod假定：分子色散力(dispe

5、rse),趣性力(polar)及氫筵力(hydrogen-bond)懸各自貓5立作用且合力可加?xùn)|避方=%+%+4,右=弓+%+匕演液ft數(shù)量：n>=3Wu(harmonicmean)方法1 .使用倒數(shù)平均法算不同分子的作用力2 .不彳堇考K色散力，也同日寺考K分子性作用力的影警.得到下列公式：表示表面弓K力的趣性影警力,分別表式固H表面能和液H的表面弓K力，故只要測(cè)雨槿或雨槿以上趣性不同的液H在固H表面的接斶角，解聊立方程式，即可得出固I1表面能Equation-of-State(Neumann)假定：固醴,液矍表面張力和固液界面弓n力存在某槿繇,且表面張力及界面張力加非各槿作用力之加穗

6、結(jié)果-of-statewasderived:Young'sEq.:IncombinationwithEq.2,thefollowingequationcxp現(xiàn)一,原)=+cos33ThevalueofisdeterminedusingtheNewton'sroutinefromEq.3.演液ft數(shù)量：n=1Acid-Basemethod假定固ft表面自由能藉由三大項(xiàng)所成：非趣性項(xiàng)（分散力項(xiàng)）、路羲士酸（Lewisacid）。路羲士酸封（Lewisacid-base）交互作用，意指霜子排斥者輿霜子接納者的交互作用，前者大部分系統(tǒng)由於氫筵所造成。(i.e.GoodandGirifa

7、lcoequation)九二二+Z明必+2（7"）%（1）其中也懸非趣性項(xiàng)，理夫M茲-凡德瓦豳力（Lifshitz-vanderWaals）,子接受者，而?§子排斥者的作用力方程式（1）若固ft輿液醴酬勺表面自由能交互作用力即可表示成：（i.e.vanOssetal.approach）.=匕+，廠2產(chǎn)戶+產(chǎn)+"產(chǎn)_（2）然而，利用Youngsequation:+小0§8（3）和黏著漏灌J之自由能按照Dupre'equation:取二八十8-九（4）>（2）式、（3）式和（4）式結(jié)合可得：町二人（1+8冽=2（汁"詭）"+

8、（力濘產(chǎn)+匕猿產(chǎn)I_1（5）aW其中D懸接斶角,而4懸液醴在固it表面的黏著功。方程式（5）可以利用最少三槿測(cè)液醴（表面張力各成項(xiàng)懸已知）來測(cè)量接斶角,而求得固醴表面自由能。而利用已知的測(cè)液矍表面弓H力求方程式（5）中的固it表面自由能中的三大成項(xiàng)（非趣性項(xiàng)、路羲士酸項(xiàng)和路羲）。解三他方程式（5）的同日寺，假固it表面自由能的成不曾隨著使用不同測(cè)液醴測(cè)量而改建。另外，三槿液中必須一者懸非趣性溶膂u可使用二碘甲烷），用以求非趣性項(xiàng)（£）；另一者懸具有強(qiáng)趣性溶膂u可使用乙二醇）,另外再利用兼具趣性輿非趣性的溶剜（可使用水），用以求趣性項(xiàng)（1）,方能符合式的算。氫睫篇分子耨作用力最常JO勺

9、形式，曾情成雨相吸附輿界面張力的自由能-封，氫筵能用Lewis酸-理完全描述，酸雷子接受者，雷子提供者.VanOssandGood研究非趣性液醴及氧建液醴封固醴潤(rùn)漏行.若固液醴皆割性；即111皿1+8網(wǎng)=2(產(chǎn)廠戶+2出,yy+23療先a+c。助=2（蛾即嚴(yán)j:理夫-凡德瓦W力(Lifshitz-vanderWaals)路羲土酸（Lewisacid）項(xiàng)路羲土(Lewisbase)項(xiàng)常用於表面能測(cè)量之液有足別的表面弓K力，以避免完全金甫展於檬品表面，同日寺要有較高沸黠及使用之安全性考量，故一般可逗攆下列黑槿液it:Table1典型液醴液矍y一（表面弓房力）yrlwAB九九Water觸水72.82

10、1.85125.525.5Glycerol甘油6434303.9257.4Formamide甲醯胺5839192.2839.6MethyleneIodide二碘甲烷（非：®性）50.850.8000EthyleneGlycol乙二醇4829191.9247言主：內(nèi)部分子力可顯分卷麗大項(xiàng),常用表示名耦如下：LW=Liftshitz-vanderWaals理夫,-凡德瓦豳力 London偏敦力 non-polar非擷性力 dispersiveforces色散力 AB=（Lewis）acid/base（路易士）酸/polarforces擷性力表面能算公式遹用表：MethodInformat

11、ionMin.no.ofliquidsApplicationZismanCriticalsurfacetension2Non-polarsolidsFowkesDispersepartsofsurfacefreeenergy2,non-polarliquidsNon-polarsystemOWRKDisperseandpolar?partsofsurfacefreeenergy2universalExtendedFowkesDisperse,polarandhydrogenpartsofsurfacefreeenergy3SpecificquestionsofsurfacepropertiesWu(HarmonikMean)Disperseandpolar?partsofsurfacefreeenergy2,atleastonepolarliquidLowenergeticsystemsAcid-BaseTheoryDisperse,acidandbasepartsofsurfacereeenergy3Specificquestionsofsurfacepr