表面張力是固體表面重要的物理化學參數(shù)之一，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)?；赮oung方程的推導，使用接觸角測量法計算固體表面張力已被廣泛應用于表面科學和工程領(lǐng)域。

表面張力

表面張力是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。上層空間氣相分子對液體的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

固體的表面張力不宜測得，通常是用液體在固體表面上的接觸角的大小來計算。接觸角法操作簡單，應用廣泛，是目前估算表面張力最常用的方法。

接觸角和Young方程

將少量液體滴在固體表面，液體可能形成液滴，在達到平衡時，處于固體表面上的液滴會保持一定的液體形狀，這是體系在三個界面張力平衡作用下的結(jié)果。接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θ，是潤濕程度的量度。如圖1所示。

固-氣、液-固、液-氣這三個界面張力的平衡關(guān)系可以用Young方程表達：

γSG=γLGcosθ+γSL(1)

式中，γSG、γSL和γLG分別表示固-氣、液-固、液-氣界面張力，θ為接觸角。

圖1液體在固體表面的接觸角

Young方程中的接觸角是在假定固體表面光滑、化學均質(zhì)、剛性、各向同性且無化學反應，并且認為三相接觸線上的線張力可以忽略不計的理想狀態(tài)下的接觸角。但在實際的固體表面，通常測量得到的接觸角的值是在一個范圍內(nèi)，并不是唯一的值。在分析總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，推導出計算固體表面張力的新方法。通過建立有限液-固界面體系的張力平衡，推導出在無限液-固界面系統(tǒng)中，液-固界面張力和固相表面張力的關(guān)系式：

(0<θ≤180°)(2)

(0<θ≤180°)(3)

式(2)、(3)表明γSG、γSL僅是液相表面張力γLG和接觸角θ的函數(shù)，只要知道一種液體的γLG和這一液體在固相表面的接觸角θ就可以計算得到γSG(固-氣界面張力)。