1．实验目的

1)了解接触角测定装置的基本结构和工作原理，学会测定玻璃表面接触角的基本操作。

2）掌握硅烷偶联剂对玻璃表面改性的方法。

2．实验原理

润湿性是固体表面的重要性质之一，也是自然界和人们日常生活中最为常见的一种现象，它不仅是基础理论研究的重要领域，而且还在众多工业领域具有重要的应用前景，如润滑、涂层、印刷、防水、微流体等领域。润湿性与固体表面自由能和表面几何结构两个因素有关。近年来，随着微纳米科学技术的不断发展，以及很多新兴行业对具有特殊表面润湿性能材料的迫切要求，人们对表面微观结构与润湿性能之间的关系有了更加深入的了解，对于润湿性可控表面的研究有了重大进展。例如，通过构建微米或／和纳米粗糙结构使固体表面的接触角达到150°以上，即超疏水表面的制备。除此之外，特殊结构表面的各向异性润湿性能也引起了人们的广泛关注，成为表面润湿性能研究领域的热点之一，如仿生学领域中水稻叶子、蝴蝶翅膀表面的各向异性润湿研究，微流体领域中纳米沟槽对液体流动能产生减阻效应等。

润湿接触角是指液滴在物体表面扩展并达到平衡状态后，从三相周边上某一点引气液界面的切线，该切线与固液界面的夹角称为润湿接触角，如图2-1-1所示。物体表面润湿接触角的大小与物体表面被该液体润湿的难易程度有关。应用特定的仪器可以准确测得该角。

通过对玻璃表面改性，可以改变其表面的润湿性。玻璃表面改性最常用的方法就是采用硅烷偶联剂修饰，一般首先要对玻璃表面经基化处理，然后再用硅烷偶联剂修饰。通过硅烷偶联剂与经基的反应，在玻璃和偶联剂之间形成硅氧键，使偶联剂通过化学键合于玻璃表面。偶联剂另一端的性质决定了改性玻璃表面的润湿性。

3．仪器和药品

(1）仪器

JC2000D视频光学接触角测量仪一台；四孔水浴锅一个；千分之一天平一台；胶头滴管三个；载玻片一盒；500ml烧杯两个；100ml量筒两个；竹镊子两把。

(2）药品

KH-570(γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷）；无水乙醇；过氧化氢；浓氨水；浓盐酸；蒸馏水；氮气。

4．实验步骤

(1)玻璃表面经基化处理

将载玻片在含有水、30％过氧化氢和20%氨水（体积比5:1:1)溶液的烧杯中恒温60℃浸泡15min；再在含有水、30％过氧化氢和37％盐酸（体积比6:1:1)的溶液中恒温60℃浸泡15min后，用水和乙醇冲洗，获得表面富经基化玻璃，保存在乙醇中待用。用于接触角测定时取出，用N2吹干。

(2)KH570修饰玻璃表面

将上述表面经基化的玻璃取出，用N2吹干，浸入1%KH-570/乙醇溶液中，恒温50℃浸泡lh后取出，用乙醇洗涤、N2吹干。

(3）接触角测定

在JC2000D视频光学接触角测量仪上测定硅烷偶联剂修饰前后玻璃表面的接触角。在每片玻璃表面滴6滴水滴，拍照，用量高法分析接触角，求接触角平均值。

5．数据记录及结果分析

(1)实验数据记录及计算（见表2-1-1)

(2）结果分折

硅烷偶联剂改性前后玻璃表面接触角的变化及原因分析。

6．注意事项

1)接触角测量时，应控制液滴的体积一样大。

2)由于氨水、盐酸具有挥发性，在处理玻璃片时必须在烧杯上加盖玻璃板。