接觸角(水滴角)和溫度的關係
接觸角(水滴角)和溫度的關係取決於液體和固體的性質,以及液體的表面張力。
一般來說,溫度升高會降低液體的表面張力,由Young's equation:可知,降低的液體表面張力從而會降低水的接觸角。
但是,這種關係並不是完全線性的,而是會隨著溫度的範圍和固體表面的親水性或疏水性而變化。
從更深入理論的角度來看,除了水的表面張力以外,水接觸角(水滴角)及溫度間的關係式,有幾個關鍵的表面熱力學性質是必需要考量的,例如:固體的表面自由能、固液之間的界面張力、表面熵、浸沒熱和吸附熱..等
在J.W Song 等人的研究論文實驗及結果如圖中顯示[1],將水接觸角的溫度關係分為三種區間:(a) 低於飽和點的低溫(即大氣壓下 100 °C),(b) 中間溫度區 100 ~ 170 °C,以及 (c) 在加壓條件下高達 300 °C 的高溫。
在較低溫度的區間下(低於100°C),水的滴角對溫度的變化很小或幾乎不變;在中等溫度下(100°C至170°C),水滴角隨溫度的升高而急劇下降;在高溫度下(170°C至300°C),水滴角可能再次變得不隨溫度變化或繼續下降。
水接觸角和溫度間的關連性的理論是基於表面熱力學分析,然而由這些實驗觀察背後的分子機制仍不清楚;所以,預測水的接觸角隨溫度變化的理論模型還沒有得到很好的確立。
[1] Jia-Wen Song, Li-Wu Fan, Advances in Colloid and Interface Science, Volume 288, February 2021, 102339