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MKK2009

木虫 (正式写手)

[交流] 【请教】请教纳米晶材料与水界面表面能的问题

纳米晶材料与水接触后形成的固液界面的表面能与材料晶粒大小有关系吗？假如纳米晶材料为针状，针尖尺寸为10到100纳米，用针尖触碰水面，针尖与水之间的固液界面能与针尖的尺寸有关系吗？
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1楼2010-11-21 11:20:55
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hellocat1979

铁杆木虫 (小有名气)
★
MKK2009(金币+1):谢谢参与
MKK2009(金币+1): 2010-12-20 21:16:06
从理论上讲，表观接触角的大小与晶体的微观形貌有很大关系的，根据Cassie公式，当材料的表面具有足够大粗糙度的时候，不管材料本身是亲水的还是疏水的，都可以得到非常大的接触角，这就与荷叶表面的自清洁效应是一样的。
    具体到你的晶体，如果说针与针之间的空隙足够小（小到无法与一滴微米尺寸的水相比较），且空隙都被空气所充满的话，那即使晶体本身是亲水的，也可以构建一个疏水表面，因为这个表面有一大部分被空气膜层所占据，而空气的疏水性非常强，可以有效的防止水分在材料表面的铺展。

[ Last edited by hellocat1979 on 2010-12-20 at 08:08 ]
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25楼2010-12-19 23:09:25
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hellocat1979

铁杆木虫 (小有名气)
MKK2009(金币+1): 2010-12-20 21:16:19
引用回帖:
Originally posted by MKK2009 at 2010-12-20 13:05:56:

谢谢！那么材料的表面能和固液界面能与微纳米结构尺寸有什么关系呢？

材料的表面能与尺寸没什么关系，只与暴露什么表面有关系，因为不同指数的晶面具有的能量是不同的，一般来说晶体总是优先暴露能量最低的低能表面，如果要得到以高能表面为暴露面的晶体则必须采用特殊的方法。
    对于真实的材料表面，其疏水性应当用接触角的大小来评价。假设一个材料表面是两种成分组成的，每种成分所占的面积分数分别为f1和f2，与水的接触角分别是θ1和θ2， 那么这个表面的接触角θa的余弦值cosθa=f1cosθ1+f2cosθ2，这就是Cassie公式。
    具体到你的晶体，如果针与针之间的空隙全部都被空气填满，那么材料表面就可以看做由晶体和空气两种成分组成，f1和f2分别是晶体和空气在这个混合表面上所占的面积分数，θ2则是空气与水之间的接触角，应该等于180度，于是Cassie公式就化简为
cosθa=f1cosθ1-f2，由此，不难理解，当f2趋向于1，即f1趋向于0的时候，不管θ1是多大（即不管材料本身是亲水的还是疏水的），θa都趋向于180度，这就告诉我们，只要精确控制材料的微观表面形貌，令f1趋向于0，那么，不管晶体本身亲水还是疏水，都可以得到一种超疏水表面。
    不知道我说的能不能让你明白，表达能力有限，呵呵

[ Last edited by hellocat1979 on 2010-12-20 at 19:49 ]
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27楼2010-12-20 19:45:33
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