Correlation Between Surface Free Energy and Surface Constitution

【原创】

研究目的: 得到固体表面能的简便算法

文章研究对象为 low-energy solids (???) 。首先对PDMS材料表面进行氧等离子体处理，使之表面形成类硅层(silica-like layer)，接着化学吸附的方法在其表面形成不同的monolayer，使用的化学试剂为 Cl₃Si(CH₂)_nR ，R为化学基团，R不同，得到的固体表面能也不同。这样就可以做多组实验以验证文章结论的可行性。

研究方法是做了两组实验：第一组是利用相同表面的len与smooth surface进行加压、减压接触实验。使用的方法为 Johnson, Kendall, and Roberts methodology(JKR)（参考surface energy and the contact of elastic solids, K. L. Johnson. proceedings of royal society A, Vol.324, pp.301-313 ）。该实验可以得到接触圆(文中称为: deformation)的直径，接着利用文中的公式(3) 对固体表面能进行了计算。该公式是由通过 the balance of the interfacial and elastic energies 得出。

第二组实验是测量不同液滴在固体表面的接触角，并对advancing and receding contact angle 取平均值，利用generalization of Young's equation(GYE): γ_SV = γ_LV ( 1+cosθ )²/4 对固体表面能进行计算。

实验结果：1、通过JKR法对len进行加压、减压，得出与len具有相同化学修饰表面的衬底的表面能，两个表面能值的差别不大。2、通过测量不同液滴与衬底的接触角，进而利用GYE得出表面能。特定液滴算出的表面能与JKR法得出的结果相近。有些液滴算出的固体表面能与JKR的结果差别较大（与该液滴的某些特性有关）。

结论: 通过对比实验，作者认为GYE公式是可行的(通过计算，我发现两组实验最大的误差为正负10%，而且仅有一两种液滴的误差比较大) 。另外，在使用GYE公式计算表面能时，接触角应该是advancing和receding的平均值，这样得出的结果更准确。

疑问：1、液滴表面能如何得到。2、JKR的可行性。3、杨氏方程以及推广的杨氏方程是在热力学平衡条件下得出的，在非平衡条件下，比如材料液相外延时，各相之间的化学势不相同，这两个方程是否还适用？4、文章标题似乎不是最好。

对于目前的研究进展来说，解决疑问3最为迫切。