很多人测了接触角也还是讲不清材料的润湿性，真正决定液滴是铺展、滚落、钉扎，还是进入孔道的，从来不只是一个接触角数值！
表面能、界面作用、微纳结构、毛细压力、孔径、接触线运动，任何一个环节发生变化，都可能让液体表现出完全不同的状态。
本次华算科技整理了【100+表面能、润湿与毛细作用机制图】涵盖：液滴铺展、Wenzel与Cassie状态、毛细爬升、多孔吸液、Marangoni流等常见机制！
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什么是接触角？
当液滴落在固体表面时，液体、固体与周围气体会形成一条三相接触线。以三相接触点为基准，沿液滴表面作切线，该切线与固体表面之间、从液体一侧测得的夹角，就是接触角。
固—液—气三相接触线
接触角由什么决定？
在理想、均匀、光滑且化学性质稳定的固体表面上，液滴达到平衡后，接触角由三种界面张力之间的平衡决定，即固—气界面、固—液界面和液—气界面之间的相互制约。
从物理本质上看，液滴是否愿意铺展，取决于液体与固体之间的吸引作用，能否补偿液体自身收缩表面所需要付出的能量。若固体表面对液体分子的吸引较强，形成固—液界面更有利，液滴便会铺展，接触角减小；若液体内部的内聚作用占主导，液滴则更倾向于收缩成球形，接触角增大。
不利界面作用驱动液滴收缩
因此，表面官能团、极性、表面能以及液体的表面张力都会影响接触角。例如，含羟基、羧基等极性基团的表面通常更容易与水形成氢键，使水滴铺展；低表面能的含氟或长链烷基表面，则往往表现出较高的水接触角。
表面能与接触角有什么关系？
表面能是固体表面相对于材料内部所具有的过剩自由能。材料内部的原子或分子受到周围粒子的作用较为均衡，而处于表面的粒子由于配位不完整，往往处于能量较高的状态。表面能越高，固体表面通常越倾向于与外界液体形成新的界面，以降低体系总自由能；表面能越低，表面对液体的吸引通常越弱。
高表面能与低表面能表面润湿对比
因此，在测试液体和环境条件相同的情况下，高表面能固体通常更容易被润湿，接触角较小；低表面能固体通常较难被润湿，接触角较大。
例如，清洁的玻璃、金属氧化物等高表面能表面，水滴往往容易铺展；含氟基团、长链烷基或某些聚合物表面能较低，水滴更倾向于保持球形。
在理想、平整且化学均一的表面上，平衡接触角可由Young方程描述：
其中，γSV表示固—气界面能，γSL表示固—液界面能，表示液—气界面张力，θ为平衡接触角。
三种界面作用达到平衡
该关系表明，接触角并不是只由固体表面能决定，而是三种界面能共同平衡的结果。即使两种材料的总表面能接近，若其极性分量和色散分量不同，对同一种液体也可能表现出不同的润湿状态。
还需注意，接触角测试不能仅凭一滴水直接获得固体表面能。水接触角主要反映材料对水的润湿能力，而表面能的计算通常需要使用两种或多种具有不同极性特征的测试液，再结合Owens–Wendt等模型进行拟合。
对于粗糙、多孔或化学不均匀的材料，测得的往往是表观接触角，还会受到孔隙吸液、接触线钉扎和表面粗糙度的影响，不能简单地将接触角变化全部归因于表面能变化。
本次整理了【100+表面能、润湿与毛细作用机制图】涵盖：液滴铺展、Wenzel与Cassie状态、毛细爬升、多孔吸液、Marangoni流等常见机制！
界面能降低驱动液滴铺展
液体内聚力与界面黏附力竞争
接触角与化学表面调控
完全润湿形成连续液膜
小接触角与大接触角对比
Wenzel状态增强液滴黏附与钉扎
疏水表面粗糙化后的Wenzel状态
液体沿微米沟槽定向浸润
润湿状态转变与接触线钉扎
Cassie状态向Wenzel状态转变
表面缺陷诱导局部浸润
Cassie悬浮润湿状态
Cassie状态降低液滴黏附
滚动液滴带走表面污染物
界面空气层降低水下阻力
液滴下方形成稳定空气层
多孔材料、毛细凝聚与液桥
表面润湿性影响多孔材料吸液深度
毛细液桥产生颗粒间吸引
蒸气在微孔中发生毛细凝聚
Marangoni流与外场调控
Marangoni流抑制咖啡环沉积
表面张力梯度驱动Marangoni流
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