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Wenzel 模型是表面科學(xué)和潤(rùn)濕性研究領(lǐng)域的一個(gè)奠基性理論,它從微觀結(jié)構(gòu)的角度定量地解釋了固體表面粗糙度對(duì)其潤(rùn)濕性的影響。
Wenzel 模型的核心思想非常簡(jiǎn)單卻非常深刻:表面粗糙度放大了固體表面本身固有的化學(xué)性質(zhì)對(duì)潤(rùn)濕性的影響。換句話說:如果一種材料本身是親水的(即本征接觸角 θ < 90°),增加粗糙度會(huì)使其更加親水。如果一種材料本身是疏水的(即本征接觸角 θ> 90°),增加粗糙度會(huì)使其更加疏水。
液體全浸潤(rùn)粗糙結(jié)構(gòu)的凹槽:液體會(huì)滲透并充滿表面所有的微觀凹陷處,液-固-氣三相接觸線緊貼在粗糙結(jié)構(gòu)的幾何輪廓上。這種狀態(tài)被稱為 “Wenzel 狀態(tài)"。
定義一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——粗糙度因子 r:r = 實(shí)際表面積 / 表觀投影面積;顯然,對(duì)于任何粗糙表面,r > 1。
親水材料 (θ_Y < 90°): cosθ_Y > 0。因此,cosθ_W > cosθ_Y,意味著 θ_W < θ_Y。粗糙度增強(qiáng)親水性。
疏水材料 (θ_Y > 90°): cosθ_Y < 0。因此,cosθ_W < cosθ_Y,意味著 θ_W > θ_Y。粗糙度增強(qiáng)疏水性。
特例 (θ_Y = 90°): cosθ_Y = 0,則無(wú)論 r 多大,θ_W 始終等于 90°。粗糙度無(wú)影響。