表面張力這個(gè)物理特性，在實(shí)際工藝應(yīng)用中常常遇到，涉及到過(guò)程質(zhì)量控制的產(chǎn)生機(jī)理，作為質(zhì)量人也不得不了解其產(chǎn)生機(jī)理和識(shí)別以及控制方法，既物理自然規(guī)律，是無(wú)法消除的，我們只能利用這個(gè)自然規(guī)律和物理特性，為我們過(guò)程質(zhì)量所用，不給過(guò)程質(zhì)量添亂，特別是在表面處理制程中，需要特別留意。下面是通過(guò)各方搜集整理匯總而成，作為學(xué)習(xí)記錄分享給各位朋友，希望同樣也對(duì)你有幫助，如有遺漏和錯(cuò)誤之處，歡迎指出。

我們先來(lái)了解一下表面張力的基本常識(shí)，不過(guò)您也可以通過(guò)搜索引擎搜到更多更詳細(xì)的科普信息，下面還是累述一遍，僅僅分享給大家表面張力的基本知識(shí)。

關(guān)于表面張力:

多相體系中相之間存在著界面。習(xí)慣上人們僅將氣---液，氣---固界面稱(chēng)為表面。

通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個(gè)水分子受到周?chē)肿拥淖饔昧Φ暮狭榱?，但在表面的一個(gè)水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對(duì)它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種收縮力稱(chēng)為表面張力。將水分散成霧滴，即擴(kuò)大其表面，有許多內(nèi)部水分子移到表面，就必須克服這種力對(duì)體系做功——表面功。顯然這樣的分散體系便儲(chǔ)存著較多的表面能。

表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

在293K下水的表面張力為72.75×10-3 N·m-1，乙醇為22.32×10-3 N·m-1，正丁醇為24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面張力為34×10-3 N·m-1。

凡作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，稱(chēng)為液體表面張力。它產(chǎn)生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就象你要把彈簧拉開(kāi)些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢(shì)。正是因?yàn)檫@種張力的存在，有些小昆蟲(chóng)才能無(wú)拘無(wú)束地在水面上行走自如。

液體表面張力的影響因素有：

1）無(wú)機(jī)液體的表面張力比有機(jī)液體的表面張力大的多;

2）水的表面張力72.8mN/m(20℃);

3）有機(jī)液體的表面張力都小于水;

4）含氮、氧等元素的有機(jī)液體的表面張力較大;

5）含F(xiàn)、Si的液體表面張力最小;

6）分子量大表面張力大;

7）水溶液:如果含有無(wú)機(jī)鹽，表面張力比水大;含有有機(jī)物，表面張力比水小。

8）外因:溫度升高表面張力減小;

9）壓力和表面張力沒(méi)有關(guān)系。

定義及相關(guān):

(1)定義或解釋

①促使液體表面收縮的力叫做表面張力。

②液體表面相鄰兩部分之間，單位長(zhǎng)度內(nèi)互相牽引的力。

(2)單位

表面張力的單位常用達(dá)因(F/m)。

(3)說(shuō)明

①表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上。如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。

②表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。它發(fā)生在液體和氣體接觸時(shí)的邊界部分。是由于表面層的液體分子處于特殊情況決定的。液體內(nèi)部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經(jīng)常保持平衡距離，稍遠(yuǎn)一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無(wú)限擴(kuò)散，而只能在平衡位置附近振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

在液體表面附近的分子由于只顯著受到液體內(nèi)側(cè)分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結(jié)果在液體表面層(跟氣體接觸的液體薄層)的分子分布比內(nèi)部分子分布來(lái)得稀疏。相對(duì)于液體內(nèi)部分子的分布來(lái)說(shuō)，它們處在特殊的情況中。

表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個(gè)特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢(shì)。因此，如果在液體表面上任意劃一條分界線MN把液面分成a、b兩部分，這種表面層中任何兩部分的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢(shì)，由于表面張力的作用，液體表面總是趨向于盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。

③表面張力F的大小跟分界線MN的長(zhǎng)度成正比?？蓪?xiě)成F=σL或σ=F/L。

比值σ叫做表面張力系數(shù)，它的單位常用dyn／cm。在數(shù)值上表面張力系數(shù)就等于液體表面相鄰兩部分間單位長(zhǎng)度的相互牽引力。

表面張力在自然界中：

在自然界中，我們可以看到很多表面張力的現(xiàn)象和對(duì)張力的運(yùn)用。比如，露水總是盡可能的呈球型（題圖），而某些昆蟲(chóng)則利用表面張力可以漂浮在水面上。

在我們的生活中，有許多地方都體現(xiàn)出液體的表面張力：

表面張力的實(shí)驗(yàn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也可以說(shuō)是一個(gè)關(guān)于表面張力的小游戲。先找一個(gè)朋友和你一起來(lái)進(jìn)行這個(gè)游戲，然后準(zhǔn)備一杯水（把水加到杯子的邊緣處,目視水至杯口齊平處），16枚1元的硬幣(也可以更多)。然后是這個(gè)游戲的規(guī)則，和朋友每人一次向杯子里輪流投放硬幣，每次投放硬幣數(shù)沒(méi)有限制，可以一次放進(jìn)1枚，可以2或3枚,或者更多，直到誰(shuí)先把水溢出杯子為止。投放硬幣的時(shí)候用拇指和食指捏住硬幣輕輕的放進(jìn)盛滿(mǎn)水的杯子。本人最多一次投放了16枚1元硬幣。呵呵，好的大家去試試吧。

來(lái)試試另外幾個(gè)游戲，看看表面張力是個(gè)啥樣子的。

入幾枚1元的硬幣，前提是保證水不會(huì)溢出來(lái)。

在一杯裝滿(mǎn)水的杯子內(nèi)能漂浮幾枚1角的硬幣?

3.回形針能浮在水面上嗎？

水黽在水面運(yùn)動(dòng)，既不會(huì)劃破水面，也不會(huì)浸濕自己的腿。它在水面上每秒鐘可滑行100倍于身體長(zhǎng)度的距離，這相當(dāng)于一位身高1.8米的人以每小時(shí)400英里的速度游泳。

如何理解表面張力？

這是來(lái)自知乎的一段文章，介紹表面張力比較清楚，摘下匯總在一起記錄下來(lái)。

作者：Type transient來(lái)源：知乎（著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。）

表面張力存在于，比如非常小的細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)現(xiàn)象，比如肥皂泡以及涉及液體與固體之間的浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)的情況等,來(lái)一一說(shuō)明

1.在溫度一定時(shí)，不同液體的表面張力會(huì)不同

比如下面表格在10攝氏度時(shí)不同液體的表面張力差異很大

2.同種液體，在不同溫度時(shí)表面張力會(huì)不同

比如下面表格溫度越低表面張力越大

3.表面張力的測(cè)量往往選取最大值

由于距離不同表現(xiàn)出的表面張力也不同，因此測(cè)量往往取最大值，也就是右方圖中的Fmax

4.接觸角

在在三種介質(zhì)的邊界面相交于一點(diǎn)的情形中，接觸線受到三個(gè)不同邊界面的表面張力，為了維持平衡，表面張力的合力在這些方向上的分量必須等于零，這就要求三個(gè)邊界面交成一定的角度。

由于接觸角的不同和浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)的情況就可以解釋題主所說(shuō)的完全不同的水滴效果

常見(jiàn)的有下圖三種情況

當(dāng)角度>160度時(shí)就出現(xiàn)了蓮花效應(yīng)（lotus effect）

表面張力的行業(yè)應(yīng)用舉例

1.表面張力與塗佈

塗佈製程的主要問(wèn)題，基本上即是在討論固體基材與液體塗膜間的各種表／界面性質(zhì)，以下是一些常見(jiàn)的"表面張力和塗佈"相關(guān)的現(xiàn)象及問(wèn)題：

１）．對(duì)流問(wèn)題（Benard Convection Cell）：

在塗佈後，由於塗料中的溶劑揮發(fā)而了產(chǎn)生溫度差；同時(shí)表面及底層的溶劑含量也差生濃度差，因此產(chǎn)生了表面張力的梯度及對(duì)流的現(xiàn)象，塗料液體由低表面張力的底部流向高表面張力的表層。

２）．厚邊（Fat edge）：

在塗佈後，由於塗料的邊緣其溶劑揮發(fā)的速率相對(duì)較內(nèi)部快，因此造成低表面張力區(qū)的塗料流向邊緣而堆積，使邊緣過(guò)厚的現(xiàn)象。

３）．凹陷及針孔（Craters and Pinholes）：

由於在塗佈過(guò)程中受到較低表面張力的物體（如：油滴、灰塵等）污染，而使污染物周?chē)膲T料流向較高表面張力的方向，形成了像火山口的凹陷（Craters）。如果污染物是在塗佈之前即存在於基材上，則會(huì)形成更嚴(yán)重的針孔（Pinholes）。

2.表面張力與電鍍

於各種電鍍製程中，電鍍液或化學(xué)液的潤(rùn)濕性及品質(zhì)，往往會(huì)決定電鍍後表面鍍層的均勻與否及附著力的好壞；尤其在做精密的物件的電鍍時(shí)，若電鍍液的表面張力太高、潤(rùn)濕性不好，則無(wú)法充分的潤(rùn)濕進(jìn)入微細(xì)的孔隙中，或因潤(rùn)濕性差而造成電鍍液中的離子無(wú)法做有效的交換，便會(huì)造成部份的區(qū)域沒(méi)鍍好或附著性差。

而電鍍液的潤(rùn)濕性是可由液體的表面張力來(lái)做控制及分析，由表面張力的理論得知，若電鍍液的表面張力愈小，表示電鍍液的內(nèi)聚力愈小、愈容易滲入細(xì)小的縫隙裡面、也愈容易於被鍍物表面潤(rùn)濕讓金屬離子鍍上去。因此為了使電鍍液的表面張力降低或是增加電鍍後的品質(zhì)，通常於電鍍液中會(huì)加入有機(jī)添加劑(光澤劑,結(jié)構(gòu)改良劑,潤(rùn)濕劑．．等)，其中潤(rùn)濕劑即是在使鍍液表面張力降低的作用。然而當(dāng)這類(lèi)界面活性劑添加超過(guò)CMC點(diǎn)後，表面張力即不再改變(如下圖)。此時(shí)過(guò)量的添加不但沒(méi)達(dá)到效果反而增加了生產(chǎn)成本。因此CMC點(diǎn)便可作為電鍍液的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)值，來(lái)決定何時(shí)添加及添加的量。

不論是在學(xué)術(shù)研究及工業(yè)的製程上，表面張力所導(dǎo)致的各種問(wèn)題及相關(guān)性質(zhì)，早已被廣泛的提出及探討，隨著科學(xué)及工業(yè)的進(jìn)步，各種新的材料及新的製程更不斷地出現(xiàn)，於此同時(shí)也衍生出新的且更複雜的表／界面問(wèn)題，因此如何有效地應(yīng)用並控制表面張力這材料的基本性質(zhì)，將持續(xù)會(huì)是一個(gè)重要的課題。

液體表面張力的測(cè)定方法

液體表面張力的測(cè)定方法分靜力學(xué)法和動(dòng)力學(xué)法。靜力學(xué)法有毛細(xì)管上升法、du Noüy環(huán)法、Wilhelmy盤(pán)法、旋滴法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法;動(dòng)力學(xué)法有震蕩射流法、毛細(xì)管波法。其中毛細(xì)管上升法和最大氣泡壓力法不能用來(lái)測(cè)液-液界面張力。Wilhelmy盤(pán)法,最大氣泡壓力法,震蕩射流法,毛細(xì)管波法可以用來(lái)測(cè)定動(dòng)態(tài)表面張力。由于動(dòng)力學(xué)法本身較復(fù)雜,測(cè)試精度不高,而先前的數(shù)據(jù)采集與處理手段都不夠先進(jìn),致使此類(lèi)測(cè)定方法成功應(yīng)用的實(shí)例很少。因此,迄今為止,實(shí)際生產(chǎn)中多采用靜力學(xué)測(cè)定方法。

1.毛細(xì)管上升法：

測(cè)定原理:

將一支毛細(xì)管插入液體中,液體將沿毛細(xì)管上升,升到一定高度后,毛細(xì)管內(nèi)外液體將達(dá)到平衡狀態(tài),液體就不再上升了。此時(shí),液面對(duì)液體所施加的向上的拉力與液體向下的力相等。則表面張力:γ=ρghr/(2cosθ)

式中γ為表面張力,r為毛細(xì)管的半徑,h為毛細(xì)管中液面上升的高度,ρ為測(cè)量液體的密度,g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?θ為液體與管壁的接觸角。

2.Wilhelmy盤(pán)法：

用鉑片、云母片或顯微鏡蓋玻片掛在扭力天平或鏈?zhǔn)教炱缴?測(cè)定當(dāng)片的底邊平行面剛好接觸液面時(shí)的壓力,由此得表面張力,公式為:

式中,W總為薄片與液面拉脫時(shí)的最大拉力,W片為薄片的重力,l為薄片的寬度,薄片與液體的接觸的周長(zhǎng)近似為2l,φ為薄片與液體的接觸角

3.懸滴法：

懸滴法是根據(jù)在水平面上自然形成的液滴形狀計(jì)算表面張力。在一定平面上,液滴形狀與液體表面張力和密度有直接關(guān)系。由Laplace公式,描述在任意的一點(diǎn)P曲面內(nèi)外壓差為:

式中R1,R2為液滴的主曲率半徑;z為以液滴頂點(diǎn)O為原點(diǎn),液滴表面上P的垂直坐標(biāo);P0為頂點(diǎn)O處的靜壓力。

定義:S=ds/de

式中de為懸滴的最大直徑,ds為離頂點(diǎn)距離為de處懸滴截面的直徑

式中b為液滴頂點(diǎn)O處的曲率半徑。此式最早是由Andreas,Hauser和Tucker[15]提出,若相對(duì)應(yīng)與懸滴的S值得到的1/H為已知,即可求出表(界)面張力。應(yīng)用Bashforth-Adams法,即可算出作為S的函數(shù)的1/H值。因?yàn)榭刹捎枚ㄆ跀z影或測(cè)量ds/de數(shù)值隨時(shí)間的變化,懸滴法可方便地用于測(cè)定表(界)面張力。

4.滴體積法

當(dāng)一滴液體從毛細(xì)管滴頭滴下時(shí),液滴的重力與液滴的表面張力以及滴頭的大小有關(guān)。Tate首先提出了表示液滴重力(mg)的簡(jiǎn)單關(guān)系式:mg=2πrγ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)際體積比按式(7)式計(jì)算的體積小得多。因此Harkins就引入了校正因子

,則更精確的表面張力可以表示為:

其中m為液滴的質(zhì)量,V為液滴體積,f為校正因子,可查表得到[16,23]。只要測(cè)出數(shù)滴液體的體積,利用(13)式就可計(jì)算出該液體的表面張力。

表面張力的質(zhì)量控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬零部件進(jìn)行表面處理或噴涂前都必須保證高度清潔才不會(huì)后續(xù)的工序造成影響，為了滿(mǎn)足這些高的清潔度要求，零件的清洗環(huán)節(jié)必不可少，且要求高效可靠。這就要求清洗劑的濃度須保持在適當(dāng)?shù)臐舛确秶畠?nèi)，不能過(guò)高，也不能太低，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生新的污染，生產(chǎn)成本升高；太低會(huì)達(dá)不到清潔的要求。只有滿(mǎn)足這些條件才不會(huì)對(duì)后續(xù)的處理工藝造成不利影響。

PCB表面張力問(wèn)題（對(duì)液體張力的反作用）

測(cè)量PCB表面的張力主要是通過(guò)便攜式的測(cè)試筆，里面含有特定的張力測(cè)試液體，像是通常我們使用的大頭油性筆似的，測(cè)試時(shí)只要輕輕在需要測(cè)試的表面畫(huà)一條直線，待2-3秒鐘過(guò)后，觀察畫(huà)的直線是否附著均勻，沒(méi)有收縮成水珠狀，說(shuō)明達(dá)到了該測(cè)試筆設(shè)定的張力，張力的單位為達(dá)因/厘米（dyne/cm)，有時(shí)又稱(chēng)測(cè)試筆為達(dá)因筆。具體測(cè)試筆品牌這里就不給做廣告了，這個(gè)測(cè)試在市面上也很容易買(mǎi)到。測(cè)試的方法也比較簡(jiǎn)單，為了確定張力的范圍，一般必須準(zhǔn)備至少2只測(cè)試，一般測(cè)試的張力區(qū)間在+/-2達(dá)因/厘米之間。

PCB表面張力影響防潮劑的涂覆，出現(xiàn)的失效現(xiàn)象主要是氣泡或者噴涂不均勻等問(wèn)題。表面張力太小會(huì)導(dǎo)致防潮劑涂覆不均勻，還會(huì)出現(xiàn)氣泡問(wèn)題等問(wèn)題。同時(shí)也不能過(guò)高，過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致涂覆不均勻等，一般設(shè)定在36~40之間，與之相關(guān)的還有PCB涂覆的綠油，以及表面附著的有機(jī)物的多少，也影響最終PCB表面的張力。在PCB的制程控制中都要注意，以免對(duì)后續(xù)工序造成不必要的影響。