表面自由能不能直接测量,因此提出了几种利用接触角测量的模型。OWRK是最常用的表面自由能理论之一。它将界面相互作用分为极性和色散两部分。因此,用该模型计算表面自由能需要测量与两种已知液体的接触角。
杨氏方程是所有表面自由能理论的基础。它描述了空气、液体和固体三相接触点处的力平衡。杨氏方程写成
,γ<年代ub>sv固体的表面自由能是γ吗<年代ub>sl液体和固体之间的界面张力是γ<年代ub>lv是表面张力液体和θ<年代ub>Y是接触角。当固体的表面自由能确定时,需要知道或测量方程的右边。表面张力和接触角很容易测量,但液体和固体之间的界面张力则比较困难。
已经有几次尝试制定液-固相互作用。扬本人和安东诺夫都提出了这个建议
如果γ<年代ub>年代>γ<年代ub>l这句话后来被证明是真的。Good和Girifalco将方程表述为
,其中φ = 1。这也是OWRK理论的基础。
将SFE划分为单个组分的想法包括假设γ<年代ub>sl是由各种界面相互作用决定的,这些相互作用取决于被测基材和测量液体的性质。Fowkes假设固体的表面自由能(和液体的表面张力)是与特定相互作用相关的独立分量的总和:
,其中γ<年代ub>svd,γ<年代ub>svp,γ<年代ub>svh,γ<年代ub>sv我和γ<年代ub>svab分别为色散、极性、氢、感应和酸碱组分。γ<年代ub>svo指所有剩余的交互。福克斯主要研究了只出现色散相互作用的物质(固体或液体)体系。根据Fowkes的说法,色散相互作用与伦敦相互作用有关,由电子偶极子波动引起。
欧文和温特继续了福克斯的观点,指出方程右边的所有分量,除了γ<年代ub>svd,可以认为是极性(γ)<年代ub>svp).将多分量方法与Good和Girifalco的界面张力定义相结合,基于OWRK理论的界面张力可表示为
如果和杨氏方程结合,这个叫做OWRK的方程可以写成
因为有两个未知数,γ<年代ub>svd,和γ<年代ub>svp,在方程中,需要两种具有已知色散和极性成分的液体来解它。
测定液应选择极性组分占优势的液体,分散液应选择极性组分占优势的液体。这是因为交互发生在相似的组件之间。如果我们只利用色散液体,可能的极性相互作用就不会被注意到。
水、甘油和甲酰胺可作为极性液体,二碘甲烷和α-溴萘可作为分散剂。水和二碘甲烷是最常用的。水是一个显而易见的选择,因为它的极性成分大,可用性好,而且无毒。分散液的选择比较复杂。大多数可用的分散性液体具有非常低的表面张力,这将导致大多数表面的接触角为零。因此,需要更多的外来探针液体。OWRK是最常用的SFE计算方法之一。
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当你看到所有不同的表面自由能计算方法时,你可能会感到困惑。与单独的接触角测量相比,表面自由能可以给你更多关于表面的信息,所以花时间更详细地研究不同的理论是值得的。