Language
Country/Area
No result found
高能與低能表面：為什麼它們的潤濕行為如此不同？
潤濕是液體在接觸固體表面時，液體能夠置換氣體的能力。這種現象由於分子間的相互作用而發生，當液體和固體接觸時，這些相互作用會受到氣相或與潤濕液體不相容的另一種液相的影響。潤濕的程度（潤濕性）取決於粘附力和內聚力之間的平衡。潤濕的類型包括非反應性潤濕和反應性潤濕。潤濕在兩種材料的粘附或結合中是至關重要的，同時，液體的潤濕能力以及控制潤濕的表面力也負責與潤濕相關的效應，如毛細效應。在科學研究中，表面活性劑可用於增加水等液體的潤濕能力。近二十年來，隨著納米材料的發展，潤濕性在納米技術和納米科學研究中受到越來越多的關注。
潤濕的過程發生在固體材料與液體物質之間，當粘附力使得液體（如水滴）在固體表面展開時，而內聚力則在液體-氣體界面上對抗粘附力，阻止水滴與表面完全接觸。
液體在固體表面潤濕的過程涉及接觸角（θ），這是液體-氣體界面與固體-液體界面交匯的角度。接觸角的大小由粘附力和內聚力的平衡決定。通常，接觸角小於90°（低接觸角）表示表面的潤濕性極佳，液體將在表面上大面積展開。而大於90°（高接觸角）則表示潤濕性較差，液體會形成緊湊的液滴，減少與表面的接觸。對於水來說，把潤濕的表面稱為親水性，而稱不潤濕的表面為疏水性。具有超疏水性質的表面，接觸角可大於150°，幾乎不與液滴接觸，這種現象有時被稱為“蓮花效應”。
一般而言，對於非水液體，在低接觸角的情況下稱為親油，對於高接觸角的情況則稱為疏油。而親水與疏水的概念也延伸至極端情況，形成了全親菌和全疏菌等術語。
潤濕行為的差異往往與固體的表面能級有關。傳統上，固體表面被劃分為高能表面和低能表面。高能固體（如金屬、玻璃和陶瓷）因為其內部的化學鍵（如共價鍵、離子鍵或金屬鍵）非常強大，因此難以破壞，這就使它們具有較高的表面能。而低能固體（例如氟化碳和碳氫化合物）則因為其分子間的力（如范德瓦耳斯力和氫鍵）較弱，因此在潤濕時可能會面臨完全或部分潤濕的情況。
潤濕低能表面的界面主要通過分散力（如范德瓦耳斯力）與液體互動。William Zisman的研究顯示，當液體的表面張力減小時，cos θ與表面張力呈線性增長的關聯。這導致他定義了臨界表面張力（γc），該參數僅是固體的特徵。透過知道固體的臨界表面張力，可以預測其潤濕性。潤濕性的差異往往源於固體的外層化學基團及其原子的包裝方式。
理想的固體表面具備平坦、剛性、完美光滑、化學均勻且擁有零接觸角滯後的特性。即接觸角的前進與後退角相等。
在研究未來的潤濕性行為時，理解高能與低能表面的本質和相互作用將會顯得尤為重要。例如，動態表面在施加合適的刺激後能夠改變其表面能，這種現象對於開發新材料的應用具有重要意義。
為了提高材料的應用性，一些新型合成技術能夠控制表面結構和化學性質，進而針對不同的潤濕需求進行設計。這種設計的潛力不僅對於工業應用有著深遠的影響，同時也是未來科技發展的方向。
那麼，在未來的研究中，我們如何能夠更好地利用高能和低能表面之間的潤濕差異來解決實際問題呢?
