如何达到最佳润湿效果和界面张力？

广义而言，任意两相（固-固、固-液、固-气、液-气、液-液）的交界面都称为界面，而表面专指液体或固体与气体之间的界面。因此，表面张力或表面能是界面张力或界面能的一个特例。

图2-9　两个界面形成过程示意图

由α和β两相形成α-β界面形成过程如图2-9所示。设α相和β相均是截面积为1 cm2的球体。在α相和β相中点各作一垂直截面将其等分，分别新增两个面积为1 cm2的α相表面和两个面积为1 cm2的β相表面。为此，外力所需做的正功分别为Wα-α和Wβ-β。如果用σα表示相的表面能，σβ表示β相的表面能，则有

然后，把α和β结合成两个具有α-β界面的整体，这时所需做的负功为-2Wα-β。因此，为形成两个α-β界面所做的净功Ws为

因此，形成一个α-β界面所做的净功Ws，在数值上等于α-β界面的界面能σα-β，即

由于Wα-α=2σα，Wβ-β=2σβ，代入上式，可得到表面张力的表达式：

由此可见，形成α-β界面所做的功Wα-β越大，则界面能就越小。这也就是说，两相间结合力越大，则界面能越小。

润湿角是衡量界面张力的标志。当固相的表面有液相和气相时，发生的界面现象如图2-10（a）所示。当液相与固相接触时，3个界面张力的平衡情况如图2-10（b）所示。图中的θ即为润湿角。平衡时水平分量的平衡关系为(www.xing528.com)

式中，σSG——固相/气相界面张力；

　　σLS——液相/固相界面张力；

　　σLG——液相/气相界面张力。

图2-10　同时与固相和气相接触的球冠状液相的界面张力的平衡状情况

经转换，公式（2-20）变为

上式即为杨氏方程式。润湿角θ的值与各界面张力的相对值有关，如图2-11所示。

（1）σSG>σLG时，cosθ为正值，即θ<90°称为液体能润湿固体；θ=0°时，液体在固体表面铺展成薄膜，称为完全润湿。

（2）σSG<σLS时，cosθ为负值，即θ>90°时液体倾向于形成球状，称为液体不能润湿固体；θ=180°时为完全不润湿。

图2-11　不同θ角时的润湿状态