我們每天都會(huì)接觸表面張力。用非專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)來(lái)講，這種被稱(chēng)為表面張力的化學(xué)現(xiàn)象，描述了兩個(gè)表面發(fā)生接觸時(shí)，液體的凝聚現(xiàn)象。這也是物體表面清理時(shí)會(huì)遇到的最重要的障礙之一。

在這種狀態(tài)下，液體分子彼此間的吸引力會(huì)比與其周?chē)奈矬w表面間的引力更大。解釋一下，就是當(dāng)液體團(tuán)聚成一個(gè)有著最小表面積的形態(tài)后，表面下的分子會(huì)對(duì)其上的分子施加作用力。

值得探索的表面張力

高表面張力的液體會(huì)形成三維的球狀或氣泡狀。低表面張力的物料在其他表面上鋪展并流動(dòng)，也會(huì)呈現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。

簡(jiǎn)言之，“分子間內(nèi)聚力”將液體里的分子團(tuán)聚，使其互相粘附。但是，其中一些液體分子來(lái)到液體外圍，接觸了不同的物質(zhì)（如玻璃、塑料、或空氣）。它們不能形成化學(xué)鏈接，也因此強(qiáng)化了彼此之間的聯(lián)系。

水的表面張力是73達(dá)因/厘米，表面張力是雨滴為球形的原因。水銀的表面張力為484達(dá)因/厘米。當(dāng)我們將水銀灑落在一個(gè)平整的表面時(shí)，可以得到很多液滴。但另一方面來(lái)看，表面張力可能會(huì)產(chǎn)生并發(fā)癥。由于表面張力高，要對(duì)微小的元器件、具有壓鉚螺母柱的印刷電路板（PCBs）、或者對(duì)小孔和小洞進(jìn)行清洗是非常具有挑戰(zhàn)性的。

但很重要的是，你要理解表面張力并不是影響清潔效果的唯一因素。其他屬性，如密度、材料的兼容性、價(jià)格、處理、氣味、和包裝等，它們的重要性也絕不遜于表面張力。但最后，在所有其他因素都相同的情況下，一個(gè)低表面張力的清潔劑，效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高表面張力的清潔劑。

更低的表面張力，表明該產(chǎn)品的清潔效果更好。將表面張力和其他化學(xué)性質(zhì)相結(jié)合，可以用來(lái)開(kāi)發(fā)出一個(gè)可以預(yù)測(cè)搭配其他化學(xué)特性清洗方案效能的指標(biāo)。這里指的就是“潤(rùn)濕指數(shù)”，它是清潔行業(yè)一個(gè)可以非常精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)清潔效果的指標(biāo)。但也要注意，表面張力并非是影響表面清潔效果的唯一因素。如果使用的是氣溶膠清潔劑，降低表面張力的優(yōu)勢(shì)在某些情況下并不明顯。但是，這卻是一個(gè)很有潛力的、非常有趣的主意。值得將它們?cè)诟鞣N復(fù)雜的應(yīng)用中進(jìn)行測(cè)試的。

當(dāng)需要進(jìn)行精密清洗-主要是用于蒸汽脫脂-時(shí)，具有更低表面張力的清洗液將優(yōu)于高表面張力的清洗液。由于具有更低的表面張力，清洗液可以更容易地進(jìn)入到小裂縫中。它將直接影響清洗液對(duì)表面潤(rùn)濕的能力，否則很難做到有效清洗。

對(duì)于金屬電鍍，在電鍍槽和需要電鍍的材料間有效且一致的表面接觸，對(duì)于最終成品的整體質(zhì)量至關(guān)重要。用特定的工具對(duì)電鍍槽的表面張力和電鍍槽內(nèi)潤(rùn)濕劑的濃度進(jìn)行測(cè)量。

在含有金屬離子的鍍液中起濕潤(rùn)劑的作用的表面活性劑就出現(xiàn)了。這些助劑保證了電鍍液的表面張力足夠低，可以讓電鍍液均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)工件表面，并填充表面上的微縫而不會(huì)黏著在縫隙里。此外，正確使用表面活性劑可以防止由陰極產(chǎn)生的氫氣泡在被涂層金屬中形成凹坑。

液體表面張力是液體潤(rùn)濕性質(zhì)的最關(guān)鍵指標(biāo)，可以用張力計(jì)來(lái)精確測(cè)量。也可以使用同樣的方法來(lái)測(cè)量臨界膠束濃度（CMC），臨界膠束濃度可以提供討論中的表面活性劑的效率方面的信息。

最好是通過(guò)測(cè)量表面張力的依賴(lài)濃度來(lái)監(jiān)測(cè)潤(rùn)濕劑的用量，以保證表面活性劑的添加是經(jīng)濟(jì)且有效的。但是，當(dāng)表面活性劑的濃度超過(guò)臨界膠束濃度（CMC）后-這在電鍍槽中是常見(jiàn)的情形，靜態(tài)表面張力并不會(huì)隨著溶液中表面活性劑濃度的增加而繼續(xù)變化。幸運(yùn)的是，在我們這里，我們記錄動(dòng)態(tài)表面張力的氣泡壓力傳感器是濃度依賴(lài)性的。因此，它可以作為表面活性劑隨時(shí)間變化損失的一種良好標(biāo)示。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)室儀器創(chuàng)建一個(gè)參考曲線，然后，通過(guò)我們的便攜式儀器法，就可以立即對(duì)電鍍槽進(jìn)行快速含量測(cè)試。

雖然希望通過(guò)表面活性劑的添加來(lái)獲取表面張力降低的影響，但并不希望產(chǎn)生泡沫。

假設(shè)一個(gè)人要進(jìn)行電鍍或陽(yáng)極氧化操作。在那種情況下，加工過(guò)程中形成的氣泡上升到液體表面并破裂，導(dǎo)致?lián)p傷。在爆發(fā)時(shí)，鉻酸液滴被瞬間釋放到周?chē)目諝庵小Ｔ诓鄄壑屑尤霛?rùn)濕劑，可以降低液體的表面張力，從而減少液滴的產(chǎn)生。

在這個(gè)步驟中，使用滴重計(jì)或者表面張力計(jì)測(cè)量電鍍槽的表面張力，以確保電鍍槽中有足夠的潤(rùn)濕劑。

一種新型聚合物涂層可以跨越超過(guò)150毫米的長(zhǎng)度而不流失任何液體

據(jù)報(bào)道，2021年，多倫多大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型涂層，可以讓某些液體從其表面通過(guò)而不會(huì)有液量損失。這種涂層是由Kevin Golovin教授領(lǐng)導(dǎo)的持久驅(qū)避工程先進(jìn)材料(DREAM)實(shí)驗(yàn)室研制的。該涂層可以助力各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，包括醫(yī)療測(cè)試和表面清潔。該研究的論文已經(jīng)發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上。

據(jù)該大學(xué)介紹，目前的微流控設(shè)備是有限制的。它們只能有效處理具有高表面張力或高內(nèi)聚力的液體，如水。微流控被定義為一個(gè)場(chǎng)域，在其中，少量的液體通過(guò)細(xì)微通道進(jìn)行傳輸，傳輸通道通常不超過(guò)一毫米寬。

與低表面張力的液體，如醇類(lèi)和其他溶劑相比，這些高表面張力的液體傾向于相互粘附在一起，而非被拉入到通道的各個(gè)側(cè)面，實(shí)現(xiàn)自我運(yùn)輸。與玻璃上的雨滴相比，低表面張力的液體傾向于粘附在通道的側(cè)面，而非各自獨(dú)立流動(dòng)。據(jù)觀察，它們?cè)谝旱瓮耆纸庵皟H僅移動(dòng)了10厘米左右。

由于毛細(xì)管作用對(duì)這些材料不起作用，因此，就需要額外的力量，如磁力或熱量，將這些液滴進(jìn)行運(yùn)送。另一方面，涂層溶液的開(kāi)發(fā)研究從自然世界中獲得靈感，同時(shí)考慮其他移動(dòng)材料的方法。

考慮到要搭建具備微流控的材料，多倫多大學(xué)的研究小組采用了兩支最近開(kāi)發(fā)的聚合物涂料，兩支涂料都是采用類(lèi)液高分子刷技術(shù)來(lái)研制的。其中一支比另一支更耐液體。由于這些聚合物的戰(zhàn)略性組合，以更具防水抗性的涂層作為背景，包圍著抗性更低的涂層，在將要加工的物體表面形成了微觀通道。順著這個(gè)通道，液體以特定的模式或方向進(jìn)行傳輸，而不會(huì)有任何的液體流失或者且在傳輸時(shí)也不會(huì)有額外的能量輸入。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種新型涂層可以跨越超過(guò)150毫米的長(zhǎng)度而不流失任何液體，幾乎是目前允許的最大距離的15倍。

基于這些結(jié)果，在將來(lái)，液體可能可以被移動(dòng)到更遠(yuǎn)的距離，或者沿著特定的線路攜帶著其他液體一起移動(dòng)，甚至有可能進(jìn)行液滴的合并或分裂，而不會(huì)有任何數(shù)量上的損失，或暴露而交叉污染。在理想世界，只需要一到兩滴血，該涂料將會(huì)在幾分鐘內(nèi)就能識(shí)別出各種疾病。另外，該方案將會(huì)為芯片實(shí)驗(yàn)室和其他相關(guān)技術(shù)的研發(fā)鋪平道路。除此之外，該涂料還可以用于其他各種的應(yīng)用，例如，可以縮小通常在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的常規(guī)分析程序。

此外，這項(xiàng)新技術(shù)還有助于減少研究實(shí)驗(yàn)室的廢棄物。由于在實(shí)驗(yàn)室儀器表面沒(méi)有殘余物殘留，也因此避免了交叉污染的可能性，研究人員可以重復(fù)使用同一臺(tái)儀器，而不需要擔(dān)心這些問(wèn)題。