说明：本文主要介绍接触角的几何含义、前进与后退、接触线钉扎，以及表面化学、粗糙结构和孔隙吸液对润湿状态的影响。
一滴液体的接触角量取什么？
俯视一滴水，能看见它在固体上覆盖的区域；从侧面观察，液滴又有高度和弯曲轮廓。润湿描述液体与固体接触并扩展的状态，接触角θ则量取液滴边缘的局部几何。面积相等的圆形足迹，能承载不同高度的球冠。
液体底面、外露固体与周围气体交会的周缘称为三相接触线。取穿过接触点的侧视截面，θ由液—气轮廓的切线与固体表面构成，并从液体内部量取。俯视的周长、液滴顶部的曲率和θ各有不同的几何定义。
空气中测水滴时，水接触角小于90°称为亲水，大于90°称为疏水；θ降低，表示水对该表面的润湿增强。90°分区限定了水这一探针。用油测得的小θ描述油的润湿，水和油在相等固体上的数值无需相等。疏水表面仍能与水相互吸引，水滴也仍接触固体；疏水描述有限润湿状态，没有要求固液作用完全消失。
对重力形变可忽略的轴对称球冠，设高度为h、底面半径为a，有θ＝2 arctan(h/a)。高度与底宽的比值决定球冠的θ，均匀放大球冠会增加体积，却保留原来的θ。该关系限于球冠形状，拉长或不对称液滴具有不同截面。取h＝a，球冠给出θ＝90°；取h＝a/2，则约为53.1°。两组仅是几何算例，未指定某种材料的实测值。
部分润湿保留有限球冠，完全润湿则趋于形成延展液膜，宏观θ接近零。水滴难以分辨为球冠后，有限像素下的近零数值带有仪器分辨限制。薄膜继续变薄时，基底与液体的分子作用还会调整膜厚分布。液膜扩展速度还受黏度与挥发影响，有限等待时长内仍会保留缓慢移动的液体前沿。
液滴体积增大后，重力使轮廓偏离球冠，顶部变平，接触处仍保留局部切线。局部接触角与整滴外形分开定义，轮廓拟合需处理相应的重力形变。凹凸表面上的宏观基线还会跨过许多微小台阶。
同一表面为何会测到多种接触角？
水滴停止扩展后，仪器拍下的静态接触角记录当时的轮廓。接触线停留于局部缺陷处，液滴仍能处在亚稳形态；滴下、补液或抽液后的静态值会有差别。相等材料和液体尚未指定液滴经历的体积变化。
加液和抽液怎样形成前进角与后退角？
缓慢向水滴补液时，接触线会短暂保持原位，球冠升高，θ增大；外移开始后，所量取的θ记作前进角θA。抽液时，轮廓降低，接触线达到回缩条件后形成后退角θR。两项分别采样新区域润湿与原区域脱湿。加液到外移之前，补入的体积主要抬高球冠；回缩之前，抽出的体积主要降低球冠，底部足迹保留相应的固定区间。
两者差值Δθ＝θA−θR称为接触角滞后。台阶、颗粒与化学斑块改变接触线跨越局部结构所需的作用，外移与回缩因而采用不同条件。较大滞后常伴随较强的液滴保持，静态θ能停在一段数值范围内。
加液速度提高后，黏性耗散也参与轮廓变化，动态θ随接触线速度调整。缓慢测得的前进、后退值仍含接触历史，两值的算术平均缺少普遍的平衡角含义。针头过近或液桥拉扯还会使液滴偏离轴对称形状。降低注抽速率能减小部分黏性贡献，粗糙台阶和化学斑块仍保留局部钉扎作用。
水滴很圆，为何仍黏在斜面上？
倾斜一片带水滴的固体，重力沿坡面分量驱动液滴移动，接触线阻力则维持停留。滚落角α量取样品的倾斜程度，接触角θ量取液体边缘，两者采用不同几何对象。倾斜时下坡侧与上坡侧会形成不同的局部θ。
外形圆润的两滴水，若一滴接触线受台阶钉扎，另一滴易于回缩，它们会在不同倾斜程度开始运动。高静态θ与低液滴黏附分属两项性质，微结构能维持大θ，也能使接触线固定。液滴质量和接触宽度还参与沿坡面的受力。较大水滴具有更大的沿坡重力，比较滚落状态时，滴液体积改变会使起滑时的α偏移。
用于自清洁涂层时，移动的水滴能带走部分松散颗粒，固定水滴则延长局部浸泡。大θ涂层之间仍有不同排水速度。表面磨损若增加缺口，接触线固定位置增多，水滴在坡面的保持状态也会改变。
等待时长与轮廓识别怎样改变数值？
蒸发从液滴移走水分，接触线固定时，底宽近似不变、球冠高度下降，θ逐渐减小。固定足迹下的θ下降无需外层化学改变。接触线回缩后，底宽缩短，某段蒸发历程还能近似保持θ恒定。
纯水的蒸发主要减少体积，含盐或添加剂的液滴还会提高溶质浓度，并在接触区形成沉积。不同湿度下，相等拍照时刻对应的剩余体积会有差别。干燥速率、接触线移动与沉积物相互影响，液滴能交替经历固定和回缩。残留溶质还会改变液—气张力与局部黏度，纯水的轮廓演化无法逐项移用于含添加剂的液滴。
侧视测量把固体上表面投影为拟合基线，再从轮廓与基线的交点求θ。基线抬高会移动拟合接触点，失焦和反射又会改变可识别的轮廓。量取位置改变后，相等照片也能产生不同拟合值。
对准侧面、清晰分辨接触点时，左右θ仍能因局部污染或纹理方向不同而有差别。沟槽使足迹沿纹理拉长，横向与纵向截面具有不同轮廓。接触点附近的像素尺寸和拍摄方向分别影响拟合分辨与空间采样。
表面化学与纹理怎样改变接触角？
平整、化学均一且刚性的表面达到平衡时，Young关系写为γ−γ＝γcosθ。S、L、V分别指固、液、气相，三项γ量取相应界面的自由能，液—气项也称液体表面张力。θ是该理想条件下的平衡值。
液滴铺展会减少固—气面积，增加固—液接触，并调整液—气外表面。三类界面的面积与自由能相互配合后形成有限θ。已知液体张力与θ，只约束固—气及固—液两项的差，单滴水未分别给出两项绝对值。柔软凝胶的周缘在液体作用下形成润湿脊，固体的局部表面随之倾斜，刚性平面的几何参照也随之调整。
氧化物的羟基能与水形成定向配对，低极性端基则具有不同的水接触能量。表面基团改变固—液界面作用，即使材料内部组成相等，暴露的端基、吸附层与分子取向仍会调整θ。存放中的烃类覆盖还会遮盖部分极性位置。更换液体也会改变γSL与γLV，单独降低液体张力没有限定所有固体上的θ必然下降，两项改变后才形成新的界面组合。
峰谷填液与保留空气有何差别？
液体充分贴合粗糙表面并填满峰谷时，Wenzel模型给出cosθ＝r cosθ。r是真实面积与投影面积之比，大于1；θ小于90°时，增大r使θ降低，大于90°时则升高。充分填液是该模型的结构条件。
微柱之间保留空气后，液滴底部变为固体与气相的复合接触。Cassie模型中的fS量取底部投影固体比例，理想关系为cosθ＝f(cosθ＋1)−1。减少固体接触分数能抬高表观θ，孔隙中的空气仍属于接触组成。
外压、浸泡和液体组成变化能促使水侵入峰谷，空气所占比例随之减少。表观接触角附带具体浸润状态，相等外层化学在填液与保留空气时能具有不同θ。Wenzel式若算出超出负一至一的余弦值，就失去有限球冠解。
多孔材料上的小θ为何伴随吸液？
滤纸、隔膜与粉末压片含连通孔隙，液滴接触孔口后，润湿孔壁形成弯月面。毛细吸液把外部液体分配到孔内，残余水滴随体积减少而变低。表面铺展、孔内渗透和蒸发分别改变覆盖区域、内部含液量与总液体量。
对理想圆柱亲水孔，毛细压强的大小近似为2γcosθ/r，r为孔半径。孔越窄，毛细压强越大，流动阻力也会增大；孔径减小没有规定吸液更快。液体黏度、连通长度和弯曲程度还参与渗透速率。忽略惯性和重力的理想圆管中，渗透距离平方与rγcosθ·t/η成正比，η为黏度；固定黏度和润湿状态，较细圆管在相等时长内具有较短的渗透距离。
外部水滴减少体积时，若水转移到孔内，样品与残余液滴的总质量在无蒸发、无反应条件下保持原值；蒸发则使这份总质量下降。称量与侧视轮廓采样不同物理量，孔内湿润区域向深处扩展时，外部球冠已随之缩小。
电极上的纯水液滴接触活性颗粒、黏结剂和导电碳，孔隙分布又控制含液位置。工作电解液的盐、溶剂及电极电位会调整固—液界面。气泡占据孔口后，液体与固体的接触组成改变，内部颗粒表面仍能保留未润湿区域。
科学技术的发展离不开科研仪器的进步。凯视迈（KathMatic）自2014年创建以来，一直“致力于高精尖光学测量技术”，已成为集“研发、制造、销售”为一体的国产高端光学精密测量仪器新力量。推出了KC系列多功能精密测量显微镜、KS系列超景深3D数码显微镜以及KV系列激光多普勒测振系统，取得了良好的市场成绩。详情欢迎留言咨询!
