接觸角測量的方法和應用

　　接觸角是指當一液體與固體表面相接觸時，液體在與固體表面相接觸（點）處（三相接觸邊界，3PCP）其液/氣-界面形狀走向的切線與固體表面（包括液體相一側）之間的夾角。這一角度的值標志著液體在固體表面的潤濕性：當潤濕性很好時，液體可以在固體表面鋪展開，呈現0°的接觸角值；當潤濕性很差時，液體在固體表面無法鋪展，只能聚集在一起而包成一團，呈現180°的接觸角值；當潤濕性界于很好與很差之間時，液體在固體表面可以有限度地鋪展開來，形成介于0°~180°之間的接觸角。這一有限的接觸角值是體系中各個不同的相互作用力的平衡，也是體系趨向低能量的結果。涉及的相互作用力包括。

　　1.液體自身的表面張力（γL）：這一值越大，液體越傾向于聚集在一起、包成一團，而不愿意在固體表面上鋪展開來；

　　2.固體自身的表面張力或表面（自由）能（γS）：這一值越大，固體表面的能量位越高，越希望有能量較低的液體層能夠在其上面鋪展開來而覆蓋它，以降低體系的能量；

　　3.液體/固體表面-界面的相互作用力（γSL）：這一值越小，固體表面對液體的吸引力越大，液體越能夠在其上面鋪展開來，導致較低的接觸角值。

　　所以，如果希望液體能夠較好地潤濕固體表面：液體的表面張力值越低、固體的表面能值越高、液體/固體表面-界面的相互作用力越強就越有利。

　　反之，如果希望液體最好不要潤濕固體表面：液體的表面張力值越高、固體的表面能值越低、液體/固體表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。

　　如果假設液體的表面張力值（γL）是已知的（這一值可以直接測量，所以比較容易準確獲得）；如果再假設，γSL與γS、γL之間存在某一確定的依賴關系，如γSL=f(γS,γL)

　　那么接觸角的值θ，與這些相互作用力之間的關系，可以表達為：θ=g(γS,γL,γSL)=g(γS,γL,f(γS,γL))=h(γS,γL)

　　也就是說，接觸角的值與液體表面張力和固體表面能有關（上式中的f，g和h均表示一定的函數/依賴關系）。當前者給定時，其值直接與固體表面能相關。所以測量所使用的液體也被稱為探針液體（probe），通過測量它在固體表面的接觸角值，可以用來探測固體表面的表面能值，也即固體表面的潤濕屬性，而這也正是接觸角測量之應用基礎。

　　接觸角值的測量目前有二種常用的方法：基于稱量的Modified Wilhelmy Plate方法和基于液面（liquid meniscus）形狀分析的光學法。前者屬于間接的方法，后者屬于直接方法。