接触角测量仪是测量表面自由能 (SFE) 的决定性工具，这是材料在潮湿时行为的关键因素。通过分析液体液滴在实验基材上的形状，该仪器可以确定表面是亲水的（吸引水）还是疏水的（排斥水）。这些数据对于分析抓地力至关重要，因为它精确地揭示了湿气或油会如何干扰材料微观结构与地面之间的物理接触。
理解牵引力需要超越物理纹理，关注表面化学。接触角测量仪提供了预测流体在接触界面行为所必需的数据，使工程师能够理解在雨天或油腻环境中的防滑机制。
表面相互作用的科学
表征表面自由能 (SFE)
接触角测量仪的核心功能是表征材料的表面自由能 (SFE)。
该指标量化了表面的粘附力。它超越了简单的观察，提供了关于表面如何与液体相互作用的可测量、可重复的值。
亲水与疏水行为
该测量仪通过测量液体液滴与固体相遇的角度来确定表面的“润湿性”。
低接触角表明是亲水表面，液体会铺展。高接触角表明是疏水表面，液体会形成液滴。这一区别是预测材料如何应对潮湿条件的第一步。
分析微观接触
在防滑研究中，目标是确保材料上的微观结构能够与地面发生物理接触。
接触角测量仪揭示了流体如何占据这些结构之间的空间。通过了解表面化学，研究人员可以确定液体是否会形成起到润滑剂作用的连续薄膜（降低抓地力），或者是否会被有效排除，以允许固体与固体接触。
在防滑机制中的作用
预测在雨天和油腻环境中的性能
抓地力经常失效，不是因为表面光滑，而是因为一层流体将两个表面隔开。
这对于研究雨天或油腻环境中的机制至关重要。该测量仪允许您模拟这些特定的环境条件，以查看 SFE 如何变化或液体如何在基材上发生位移。
识别干扰层
收集到的数据精确地揭示了湿气如何干扰有效接触。
如果 SFE 促进流体层的保留，材料可能会打滑。通过使用此工具，工程师可以识别哪些化学性质可以最大限度地减少这种干扰，确保微观纹理能够穿透流体屏障。
理解局限性
静态与动态条件
接触角测量仪通常测量静态或准静态状态下的液滴。
然而，打滑是一个涉及运动和压力的动态事件。虽然该测量仪提供了出色的基线化学数据，但它不能完全模拟主动打滑过程中存在的流体动力学力。
化学性质与几何形状
测量表征了表面能，但表面粗糙度也会影响接触角。
区分材料的化学性质与其物理形貌至关重要。非常粗糙的表面可能会产生“虚假”的高接触角，需要仔细解释以区分几何形状的影响与真实的化学性质。
将其应用于材料设计
针对特定环境进行优化
要制造有效的防滑材料，您必须将表面能与预期的环境污染物相匹配。
- 如果您的主要重点是防水性：目标是实现疏水 SFE 曲线，以促进水的珠化和排出，减少润滑膜的形成。
- 如果您的主要重点是油腻环境：分析表面能如何与油滴特别相互作用，因为疏油（排油）性能可能与疏水性能不同。
接触角测量仪通过量化流体如何成为牵引力的障碍，从而弥合了原材料化学与实际安全之间的差距。
总结表：
| 指标 | 亲水表面 | 疏水表面 |
|---|---|---|
| 接触角 | 低 ( < 90° ) | 高 ( > 90° ) |
| 润湿性 | 高（液体铺展） | 低（液体成珠） |
| 表面自由能 | 高粘附力 | 低粘附力 |
| 抓地力影响 | 流体膜润滑风险 | 更好的流体排出以实现接触 |
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参考文献
- Julian Thomas, Thies H. Büscher. Influence of surface free energy of the substrate and flooded water on the attachment performance of stick insects (Phasmatodea) with different adhesive surface microstructures. DOI: 10.1242/jeb.244295
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .