對(duì)于大多數(shù)測(cè)試接觸角的人來說，經(jīng)常會(huì)有***個(gè)問題是液滴體積應(yīng)該多大。通常接觸角測(cè)量中使用的液滴體積在1-10微升之間。但是在某些情況下需要更小或更大的液滴體積。當(dāng)測(cè)量區(qū)域太小以至于微升液滴無法到表面時(shí)需要較小的液滴體積。當(dāng)通過樣品傾斜測(cè)量前進(jìn)和后退角時(shí)有時(shí)需要更大的液滴。但液滴體積會(huì)影響接觸角的數(shù)值嗎？

接觸角測(cè)量的典型液滴體積

接觸角測(cè)量的典型液滴體積為1-10微升。然而近年來，由于需要測(cè)量小微區(qū)域人們對(duì)于皮升液滴的興趣有所增加。微升滴液的基底直徑通常大于1毫米，而皮升液滴 的基底直徑可低至100微米。同時(shí)，當(dāng)通過傾斜法測(cè)量動(dòng)態(tài)接觸角或滾動(dòng)角時(shí)，典型的液滴體積為10微升。對(duì)于具有高接觸角滯后的表面，尤其需要較大的液滴體積，因?yàn)榧词箖A斜到90°，小液滴也可能無法移動(dòng)。

微升范圍內(nèi)液滴體積的影響

微升范圍內(nèi)液滴體積的影響研究廣泛。Drelich[1]回顧了這些研究并得出結(jié)論，液滴體積對(duì)接近理想表面（如干凈的石英板）的接觸角沒有明顯影響。理想的表面是光滑的、剛性的、化學(xué)均勻的、不溶和非反應(yīng)性的。然而，接觸角滯后越大，液滴體積對(duì)接觸角的影響就越大。基材與理想表面的差異如化學(xué)異質(zhì)性和表面粗糙度會(huì)導(dǎo)致接觸角的滯后。接觸角滯后可以通過動(dòng)態(tài)接觸角量化，其中定義了前進(jìn)角（***大）和后退角（***小）。已經(jīng)證明，與后退角相比，前進(jìn)角對(duì)液滴體積的依賴性小，基底直徑5mm[2]。

關(guān)于液滴體積對(duì)接觸角影響的討論已經(jīng)擴(kuò)大到將微升液滴和皮升液滴進(jìn)行比較。重力對(duì)液滴的影響和由于蒸發(fā)導(dǎo)致的液滴尺寸減小速率是皮升和微升液滴之間的兩個(gè)主要區(qū)別[3]。

Berson等[4]表明，皮升液滴的蒸發(fā)行為對(duì)接觸角數(shù)值有顯著影響。當(dāng)初始接觸角較小時(shí)，液滴質(zhì)量呈線性減小，而接觸角越大，液滴質(zhì)量的減少不是線性的。***些研究已經(jīng)表明皮升和微升液滴之間的比較：Taylor等[3]表明，皮升體積的液滴與***組常用的光滑聚合物表面上的微升體積的水滴角相當(dāng)。使用高速相機(jī)研究了接觸角隨時(shí)間的變化。對(duì)微升液滴，接觸角隨時(shí)間未定，不包括與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的移動(dòng)水凝膠聚合物表面。對(duì)于皮升液滴，接觸角隨時(shí)間減小，分兩個(gè)階段：前0.5秒內(nèi)快速蒸發(fā)和擴(kuò)散，然后是較慢的階段，直到達(dá)到后退值。因此，接觸角與時(shí)間曲線也表明皮升液滴下基材的滯后性。皮升液滴的初始接觸角與微升液滴的接觸角數(shù)值相關(guān)性良好，接近文獻(xiàn)數(shù)值。

Taylor等[3]還表明，由于液滴較大，重力影響大，因此需要謹(jǐn)慎選擇液滴輪廓擬合模型。對(duì)于皮升液滴，Young-Laplace和圓形擬合都可以使用，因?yàn)槠胶鈺r(shí)系統(tǒng)的自由能***小化為球形[3]。當(dāng)液滴較大（>1微升）時(shí)，圓形擬合不準(zhǔn)確，并且Young-Laplace模型顯示，作為液滴體積的函數(shù)給出了恒定值。

Yang等[5]比較了涂有等離子體聚合物的凹槽聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面上的皮升和微升液滴水接觸角，這是研究皮升液滴各向異性潤(rùn)濕行為的***次研究。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將接觸角從微升改變到皮升時(shí)，水的接觸角存在顯著差異，因此強(qiáng)調(diào)了在接觸角測(cè)量結(jié)果旁顯示液滴體積的重要性。

根據(jù)先前的研究，已經(jīng)證明從微升到皮升變化的液體體積對(duì)水滴在無孔基材上的潤(rùn)濕性和干燥行為有顯著影響。化學(xué)和形貌異質(zhì)性凸顯了液滴體積對(duì)接觸角的重要性。

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