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從潤濕到粘附：臨界表面張力（γc）如何重塑表界面科學(xué)?
來源： 瀏覽 274 次 發(fā)布時間:2025-10-14
表面能決定粘附，清潔確保接觸，
半個世紀(jì)前發(fā)現(xiàn)的這一原理至今仍是材料科學(xué)的基石。
1968年，當(dāng)大多數(shù)科學(xué)家將粘附問題歸因于化學(xué)鍵合強(qiáng)度時，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室的R． E． Baier和W． A． Zisman在《Science》上發(fā)表了一篇開創(chuàng)性綜述，將研究焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了被忽視的界面潤濕性。《Adhesion： Mechanisms That Assist or Impede It》系統(tǒng)闡述了固體表面能如何支配液體潤濕行為，以及這對形成牢固粘接的決定性作用。
這篇論文奠定了現(xiàn)代表面科學(xué)的基礎(chǔ)框架，其提出的臨界表面張力（γc）概念，使表面能從抽象概念轉(zhuǎn)化為可測量、可調(diào)控的工程參數(shù)。直至今日，無論是智能手機(jī)的膠合、飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，還是船舶的防污涂層，其背后都有這套理論的影子。
01 粘附的根本矛盾：為什么強(qiáng)粘接如此困難？
理想的粘接需要粘合劑液體在固體表面完全鋪展，然后固化形成連續(xù)連接。但現(xiàn)實(shí)中的表面遠(yuǎn)非理想：任何固體表面都有粗糙度，粘合劑可能無法完全填充微觀凹谷，形成界面空隙。
這些微小的界面空隙會成為應(yīng)力集中點(diǎn)，其削弱接頭強(qiáng)度的程度遠(yuǎn)超過其面積占比。Zisman和Baier指出，解決這一問題的關(guān)鍵不在于尋找更強(qiáng)粘性的膠水，而在于確保液體能夠充分潤濕固體表面。
楊氏方程（Young’s Equation）揭示了潤濕性的量化標(biāo)準(zhǔn)：γ