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[[File:Contact angle.svg|thumb|right|[[接触角]]测量可以用来计算材料的表面能]]

'''表面能'''（{{lang-en|Surface energy}}）是形成物质表面时破坏[[分子间作用力]]所需消耗的能量。在[[固体物理]]理论中，表面[[原子]]比物质内部的原子具有更多的[[能量]]，因此根据[[能量最低原理]]，原子会自发趋于物质内部而不是表面。表面能的另一种定义是，材料表面相对于材料内部的除共有的、所具有的較其多的能量。由於把一个固体材料分解成小块需要破坏它内部的[[分子间作用力]]，所以需要消耗能量。如果这个分解的过程是[[可逆过程|可逆的]]，那么把材料分解成小块所需要的能量就和小块材料表面所增加的能量相等。但事实上，只有在[[真空]]中刚形成的表面才符合上述[[能量守恆定律|能量守恒]]。這是因为，新形成的表面是非常不稳定的，它们通过表面原子重组和相互间的反应，或者对周围其他分子或原子的[[吸附]]，从而使表面能量降低。

== 表面能的测定 ==

=== 通过接触角测量来测量表面能 ===
测量表面能的最常见方法是通过[[接觸角|接触角]]实验。<ref>{{Cite journal|title=A review of adhesion science|first1=S. J.|last2=Bayne|first2=S. C.|date=2010|journal=Dental Materials|issue=2|doi=10.1016/j.dental.2009.11.157|volume=26|pages=e11–e16|language=en|pmid=20018362|last3=Baier|first3=R.|last4=Tomsia|first4=A. P.|last5=Marshall|first5=G. W.|last1=Marshall}}</ref>在这种方法中，用几种液体（通常是水和[[二碘甲烷]]）测量表面的接触角。基于接触角的结果和已知道液体的[[表面张力]]，可以计算表面能。 实际上，这种分析是通过接触角仪自动完成的。<ref>{{Cite web|title=How To Measure Surface Free Energy?|url=https://blog.biolinscientific.com/how-to-measure-surface-free-energy|access-date=2019-12-31|last=Laurén|first=S.|website=blog.biolinscientific.com|publisher=Biolin Scientific|language=en|archive-date=2019-12-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20191231100849/https://blog.biolinscientific.com/how-to-measure-surface-free-energy|dead-url=no}}</ref>

有几种不同的模型可根据接触角读数计算表面能。<ref>{{Cite web|title=Surface Free Energy: Measurements|url=https://www.biolinscientific.com/measurements/surface-free-energy|access-date=2019-12-31|website=biolinscientific.com|publisher=Biolin Scientific|language=en|archive-date=2021-05-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20210504014441/https://www.biolinscientific.com/measurements/surface-free-energy|dead-url=no}}</ref>最常用的方法是OWRK法（Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法），它需要使用两种探测液，并给出总的表面能并将其分为极性和分散成分。

接触角法是一种简单的表面能测量方法，因为它具有简便性，适用于各种表面以及快速的特性。测量可以完全自动化并且是标准化的。<ref>{{Cite web|title=ISO 19403-2:2017. Paints and varnishes — Wettability — Part 2: Determination of the surface free energy of solid surfaces by measuring the contact angle|url=https://www.iso.org/standard/64809.html|date=2017|publisher=[[ISO]]|access-date=2021-05-02|archive-date=2021-05-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20210502080648/https://www.iso.org/standard/64809.html|dead-url=no}}</ref>

=== 测量固体的表面能–其他方法 ===
液体的表面能可以通过拉伸液体膜来测量（这增加了表面积并因此增加了表面能）。在那种情况下，为了使一定量的液体的表面积增加{{Mvar|δA}}，需要功的量{{Mvar|γ δA}}（其中，{{Mvar|γ}}是液体的表面能密度）。但是，这样的方法不能用于测量固体的表面能，因为固体膜的拉伸除了增加表面能之外，还会在主体中诱发弹性能。

固体的表面能通常在高温下测量。在这样的温度下，固体[[蠕变|潜变]]，即使表面积改变，体积也保持大致恒定。如果{{Mvar|γ}}是半径为{{Mvar|r}}和长度为{{Mvar|l}}的圆柱棒在高温和恒定单轴张力{{Mvar|P}}下的表面能密度，则在平衡时，总[[亥姆霍兹自由能]]的[[变分法]]消失，可以得到

:{{Math|<math>
   \delta F = -P~\delta l + \gamma~\delta A = 0  \quad \implies \quad \gamma = P\frac{\delta l}{\delta A} 
 </math>}}

其中{{Mvar|F}}是亥姆霍兹自由能，{{Mvar|A}}是棒的表面积：

:{{Math|<math>
   A = 2\pi r^2 + 2\pi r l \quad \implies \quad \delta A = 4\pi r\delta r + 2\pi l\delta r + 2\pi r\delta l
 </math>}}

而且，由于杆的体积（{{Mvar|V}}）保持恒定，所以体积的变化（{{Mvar|δV}}）为零，即：

:{{Math|<math>
   V = \pi r^2 l \text{ is constant} \quad \implies \quad \delta V = 2\pi r l \delta r + \pi r^2 \delta l = 0 \quad\implies\quad \delta r = -\frac{r}{2l}\delta l ~.
 </math>}}

因此，表面能密度可以表示为：

:{{Math|<math>
   \gamma = \frac{Pl}{\pi r(l-2r)} ~.
 </math>}}

可以通过在平衡状态下测量{{Mvar|P}}，{{Mvar|r}}和{{Mvar|l}}来计算固体的表面能密度。

该方法仅在固体是[[各向同性]]的情况下才有效，这意味着所有[[晶体学]]取向的表面能都相同。尽管这仅对[[无定形体|非晶态固体]]（[[玻璃]]）和液体严格适用，但各向同性是许多其他材料的良好近似值。特别是，如果样品是多颗粒的（大多数金属）或通过粉末[[燒結|烧结]]制成的（大多数陶瓷），则这是一个很好的近似值。

在单晶材料（例如天然[[寶石|宝石]]）的情况下，表面能的[[各向异性]]会导致切面。晶体的形状（假设[[熱力學平衡|热力学平衡]]生长条件）与[[伍尔夫构型]]（Wulff construction）的表面能有关。因此，通过测量刻面的相对尺寸，可以发现刻面的表面能在比例常数内。

=== 计算变形固体的表面能 ===
在固体变形中，表面能可被视为“产生一个单位表面积所需的能量”，并且是变形前后系统总能量之差的函数：

:{{Math|<math>\gamma = \frac{1}{A} \left(E_1 - E_0\right)</math>.}}

根据[[从头计算法]]（例如[[密度泛函理論|密度泛函理论]]）计算表面能是测量的另一种方法。表面能根据以下变量估算：

d波段的宽度，d价电子数量以及固体表面和主体中原子的[[配位数]]。<ref>{{cite book|editor-first=D. P.|editor-last=Woodruff|title=The Chemical Physics of Solid Surfaces|volume=10|publisher=Elsevier|date=2002}}{{ISBN missing}}</ref>

=== 计算结晶固体的表面形成能 ===
在[[密度泛函理論|密度泛函理论]]中，可以根据以下表达式计算表面能:

:<math>\gamma = \frac{E_\text{slab} - N E_\text{bulk}}{2A}</math>

其中

:{{Math|''E''<sub>slab</sub>}}是使用密度泛函理论获得的表面平板的总能量。

:{{Mvar|N}}是表面平板中的原子数。

:{{Math|''E''<sub>bulk</sub>}}是每个原子的总能量。

:{{Mvar|A}}是表面积。

对于一个平板，有两个曲面，它们是同一类型，这在分母中用数字2来表示。为了保证这一点，需要仔细创建楼板，以确保上下表面的类型相同。

粘合接触的强度取决于粘合功，也称为两个接触体的相对表面能。<ref>{{Cite book|isbn=9783662530801|publisher=Springer|year=2017|title=Contact Mechanics and Friction: Physical Principles and Applications}}</ref>相对表面能可以通过将由一种材料制成的形状明确的物体与由第二材料制成的基板分离来确定。<ref>{{Cite journal|title=Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients|first1=V. L.|last2=Pohrt|first2=R.|date=September 2017|journal=Friction|issue=3|doi=10.1007/s40544-017-0177-3|volume=5|pages=308–325|language=en|last3=Li|first3=Q.|last1=Popov}}</ref>例如，“[[聚甲基丙烯酸甲酯|有机玻璃]]-[[明膠|明胶]]”界面的相对表面能等于0.03 N / m。 在视频中可以看到用于测量相对表面能及其功能的实验装置。<ref>{{cite web|title=Science friction: Adhesion of complex shapes|url=https://www.youtube.com/watch?v=aV2W91d8vwQ|access-date=2018-01-28|date=December 6, 2017|last=Dept. of System Dynamics and Friction Physics|archive-date=2021-05-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20210507134804/https://www.youtube.com/watch?v=aV2W91d8vwQ|dead-url=no}}</ref>

=== 从升华热估算表面能 ===
为了保证估算的准确，均匀材料的表面能，可以将材料的单个分子成分建模为立方体。需要能量将立方体从大部分材料中移动到表面。能源成本被纳入材料的表面能，可以通过以下方式量化：
[[File:Cubemodel.tif|居中|缩略图|359x359px|多维数据集模型。 立方体模型可用于对纯净，均匀的材料或单个分子成分进行建模，以估计其表面能。]]
:<math>\gamma = \frac{\left(z_\sigma - z_\beta\right) \frac{W_{\text{AA}}}{2}}{a_0}</math>

其中{{Mvar|z<sub>σ</sub>}}和{{Mvar|z<sub>β</sub>}}是与材料的表面和主体区域相对应的配位数，分别等于5和6； {{Math|''a''<sub>0</sub>}}是单个分子的表面积，{{Math|''W''<sub>AA</sub>}}是成对的分子间能。

可以通过对分子体积的立方根求平方来确定表面积：

:<math>a_0 = V_\text{molecule}^\frac{2}{3} = \left(\frac{\bar{M}}{\rho N_A}\right)^\frac{2}{3}</math>

此处，{{Mvar|M̄}}对应于分子的[[摩尔质量]]，{{Mvar|ρ}}对应于密度，{{Mvar|N<sub>A</sub>}}是[[阿伏伽德罗常数|阿伏伽德罗数]]。

为了确定成对的分子间能量，必须破坏材料中的所有分子间力。这样可以更全面的研究单个分子发生的相互作用。在物质升华过程中，分子之间的分子间作用力被破坏，导致材料从固体变为气体。因此，在确定成对的分子间能时，考虑到[[升华热|升华焓]]是有用的。升华焓可以通过以下公式计算：

:<math>\Delta_\text{sub} H = \frac{-W_\text{AA} N_A z_b}{2}</math>

使用经验表式的升华焓值，可以确定成对的分子间能量。将该值结合到表面能方程中可以估算表面能。

下列方程式可以用作表面能的合理估计：

:<math>\gamma \approx \frac{-\Delta_\text{sub} H\left(z_\sigma - z_\beta\right)}{a_0 N_A z_\beta}</math>

== 界面能 ==
界面的存在通常会影响系统的所有热力学参数。有两种常用的模型来演示界面现象：Gibbs理想界面模型和Guggenheim模型。为了使用吉布斯模型演示界面系统的热力学，该系统可以分为三个部分：两种具有体积{{Mvar|V<sub>α</sub>}}和{{Mvar|V<sub>β</sub>}}的不[[混溶]]的液体，以及一个无限薄的边界层，称为Gibbs划分平面（{{Mvar|σ}}），将这两个体积分开。
[[File:Guggenheim Model.tif|缩略图|Guggenheim模型。扩展相（{{Mvar|σ}}）将两个相{{Mvar|α}}和相{{Mvar|β}}分开。Guggenheim考虑到扩展的界面区域的体积，这不像Gibbs模型的实用。]]
系统的总容量为：

:<math>V = V_{\alpha} + V_{\beta}</math>

系统的所有扩展量都可以写为三个组成部分的总和：体相{{Mvar|α}}，体相{{Mvar|β}}和界面{{Mvar|σ}}。一些示例也包括内部能量{{Mvar|U}}，第{{Mvar|i}}个物质{{Mvar|n<sub>i</sub>}}的分子数和熵{{Mvar|S}}。

:<math>\begin{align}
    U &= U_\alpha + U_\beta + U_\sigma \\
  N_i &= N_{i\alpha} + N_{i\beta} + N_{i\sigma} \\
    S &= S_\alpha + S_\beta + S_\sigma
\end{align}</math>

尽管这些量在每个组件之间可以变化，但是系统内的总和保持恒定。在界面上，这些值可能会与本体阶段中存在的值有所不同。界面处存在的分子[[浓度]]可以定义为：

:<math>N_{i\sigma} = N_i - c_{i\alpha}V_\alpha - c_{i\beta}V_\beta</math>

其中{{Mvar|c<sub>iα</sub>}}和{{Mvar|c<sub>iβ</sub>}}分别代表物质{{Mvar|i}}在本体相{{Mvar|α}}和{{Mvar|β}}中的浓度。
[[File:Gibbs Model.tif|缩略图|Gibbs模型。Gibbs模型假定接口是理想的（无体积），因此系统的总体积仅包含alpha和beta两相。]]
定义一个新的术语界面过量{{Mvar|Γ<sub>i</sub>}}是有益的，因此可以描述每单位面积的分子数量：

:<math>\Gamma_i = \frac{N_{i\alpha}}{A}</math>

== 润湿性 ==

=== 传播参数 ===
表面能在润湿现象中起作用。要对此进行检查，请考虑在固态基材上滴一滴液体。如果基材的表面能在添加液滴后发生变化，则称基材[[浸润|润湿]]。扩频参数可用于数学确定：

:<math>S = \gamma_\text{s} - \gamma_\text{l} - \gamma_{\text{s-l}}</math>

其中{{Mvar|S}}是扩展参数，{{Math|''γ''<sub>s</sub>}}是基底的表面能，{{Math|''γ''<sub>l</sub>}}是液体的表面能，{{Math|''γ''<sub>s-l</sub>}}是基底和液体之间的界面能。

若{{Math|''S'' < 0}}，则液体会部分润湿基材。 若{{Math|''S'' > 0}}，则液体将基板完全润湿。<ref>{{cite journal|title=Wetting and Spreading|url=https://cvmet.misis.ru/jour/article/download/502/330|first1=D.|last2=Eggers|first2=J.|journal=Reviews of Modern Physics|issue=2|doi=10.1103/revmodphys.81.739|year=2009|volume=81|pages=739–805|bibcode=2009RvMP...81..739B|last3=Indekeu|first3=J.|last4=Meunier|first4=J.|last5=Rolley|first5=E.|last1=Bonn|access-date=2021-05-13|archive-date=2021-05-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20210513031108/https://cvmet.misis.ru/jour/article/download/502/330|dead-url=no}}</ref>
[[File:Diagrams.tif|缩略图|420x420像素|接触角：非润湿，润湿和完美润湿。接触角是连接固液界面和液气界面的角度。]]

=== 接触角 ===
实验确定润湿性的一种方法是查看[[接觸角|接触角]]（{{Mvar|θ}}），即连接固液界面和液气界面的角度（如图所示）。

:若{{Math|''θ'' {{=}} 0°}}，则液体会完全润湿基材。
:若{{Math|0° < ''θ'' < 90°}}，则发生高润湿。
:若{{Math|90° < ''θ'' < 180°}}，则发生低润湿。
:若{{Math|''θ'' {{=}} 180°}}，则液体根本不会润湿基材。<ref>{{cite journal|title=Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution|first1=W.|journal=Advances in Chemistry Series|doi=10.1021/ba-1964-0043.ch001|year=1964|series=Advances in Chemistry|volume=43|pages=1–51|isbn=0-8412-0044-0|last1=Zisman}}</ref>

浸润将接触角与界面能联系起来：

:<math>\gamma_\text{s-g} = \gamma_\text{s-l} + \gamma_\text{l-g}\cos\theta</math>
其中，{{Math|''γ''<sub>s-g</sub>}}是固相和气相之间的界面能，{{Math|''γ''<sub>s-l</sub>}}底物与液体之间的界面能，{{Math|''γ''<sub>l-g</sub>}}是液相和气相之间的界面能，{{Math|θ}}是固液界面与液气界面的接触角。<ref>{{cite journal|title=Estimation of the Surface Free Energy of Polymers|url=https://archive.org/details/sim_journal-of-applied-polymer-science_1969-08_13_8/page/1741|first1=D. K.|last2=Wendt|first2=R. C.|journal=Journal of Applied Polymer Science|issue=8|doi=10.1002/app.1969.070130815|year=1969|volume=13|pages=1741–1747|last1=Owens}}</ref>

=== 高能和低能底物的润湿 ===
固体基质的主体成分的能量取决于将基质固定在一起的相互作用的类型。高能基片通过[[化学键|键]]保持在一起，而低能基片通过[[分子间作用力|力]]保持在一起。[[共价键]]，[[离子键]]和[[金属键]]比诸如[[范德华力]]和[[氢键]]的作用力强得多。高能量的基材比低能量的基材更容易润湿。<ref>{{cite journal|title=Wetting: statics and dynamics|first1=P. G.|journal=Reviews of Modern Physics|issue=3|doi=10.1103/revmodphys.57.827|year=1985|volume=57|pages=827–863|bibcode=1985RvMP...57..827D|last1=De Gennes}}</ref>另外，如果基底具有比液体高得多的表面能，则将发生更完全的润湿。<ref>{{cite journal|title=Complete Wetting on 'Strong' Substrates: Xe/Pt(111)|first1=K.|last2=David|first2=R.|journal=Physical Review Letters|issue=26|doi=10.1103/physrevlett.56.2823|year=1986|volume=56|pages=2823–2826|bibcode=1986PhRvL..56.2823K|pmid=10033104|last3=Palmer|first3=R. L.|last4=Cosma|first4=G.|last1=Kern}}</ref>

== 表面能改性技术 ==
最常用的表面改性方案是等离子体活化，湿化学处理（包括接枝）和薄膜涂层。<ref>{{cite journal|title=Polymer microfabrication technologies for microfluidic systems|first1=H.|last2=Gärtner|first2=C.|journal=Analytical and Bioanalytical Chemistry|issue=1|doi=10.1007/s00216-007-1692-2|year=2007|volume=390|pages=89–111|pmid=17989961|last1=Becker}}</ref><ref>{{cite journal|title=Controlling Polymer-Surface Interactions with Random Copolymer Brushes|journal=Science|issue=5305|doi=10.1126/science.275.5305.1458|year=1997|volume=275|pages=1458–1460|last1=Mansky}}</ref><ref>{{cite journal|title=Direct Patterning of Intrinsically Electron Beam Sensitive Polymer Brushes|journal=ACS Nano|issue=2|doi=10.1021/nn901344u|year=2010|volume=4|pages=771–780|pmid=20121228|last1=Rastogi}}</ref>模拟表面能是一种使器件制造和包括图案化在内的表面修饰可以合并到使用单个器件材料的单个处理步骤中的技术。<ref>{{cite journal|title=Surface Energy Mimicking: Simultaneous Replication of Hydrophilic and Superhydrophobic Micropatterns through Area-Selective Monomers Self-Assembly|url=http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-189595|first1=G.|last2=Haraldsson|first2=T.|journal=Advanced Materials Interfaces|issue=17|doi=10.1002/admi.201600404|year=2016|volume=3|page=1600404|last3=van der Wijngaart|first3=W.|last1=Pardon}}</ref>

可以使用许多技术来增强润湿性。可以使用诸如电晕处理<ref>{{cite journal|title=Activation of Wood Surface by Corona Treatment to Improve Adhesive Bonding|first1=I.|last2=Morita|first2=M.|journal=Journal of Applied Polymer Science|issue=7|doi=10.1002/app.1993.070490714|year=2003|volume=49|pages=1251–1258|last3=Tsuruta|first3=N.|last4=Morita|first4=K.|last1=Sakata}}</ref>，等离子处理和[[蝕刻|酸蚀刻]]之类的表面处理<ref>{{cite journal|title=Acid-etching and Hydration Influence on Dentin Roughness and Wettability|url=https://archive.org/details/sim_journal-of-dental-research_1999-09_78_9/page/1554|first1=J. I.|last2=Marshall|first2=G. W.|journal=Journal of Dental Research|issue=9|doi=10.1177/00220345990780091001|year=1999|volume=78|pages=1554–1559|pmid=10512390|last3=Marshall|first3=S. J.|last4=Wantanabe|first4=L. G.|last5=Toledano|first5=M.|last6=Cabrerizo|first6=M. A.|last7=Osorio|first7=R.|last1=Rosales}}</ref>来增加基板的表面能。也可以将添加剂添加到液体中以降低其表面能。该技术通常用于[[涂料|油漆]]配方中，以确保将它们均匀地铺展在表面上。<ref>{{cite journal|title=The influence of additives on the spreading coefficient and adhesion of a film coating formulation to a model tablet surface|first1=H.|last2=Fell|first2=J. T.|journal=International Journal of Pharmaceutics|issue=1–2|doi=10.1016/s0378-5173(01)00789-x|year=2001|volume=227|pages=113–119|pmid=11564545|last3=Macleod|first3=G. S.|last1=Khan}}</ref>

== 开尔文方程 ==
由于液体固有的表面张力，形成弯曲的表面以最小化面积。这种现象是由形成表面的高能成本引起的。这种情况下，当曲面弯曲时，系统的吉布斯自由能被最小化。
[[File:Vapor Pressure.tif|居中|缩略图|421x421像素|平坦和弯曲表面的[[蒸氣壓|蒸气压]]。由于[[拉普拉斯压力]]会增加液滴的[[化学势]]，从而导致产生液滴的汽化情况比正常情况多，因此曲面的蒸汽压高于平坦表面的蒸汽压。]]

[[开尔文方程|开尔文方程式]]基于热力学原理，用于描述由曲面液体引起的蒸气压变化。蒸气压发生这种变化的原因是拉普拉斯压力。液滴的蒸气压高于平面的蒸气压，因为增加的拉普拉斯压力使分子更容易蒸发。相反，在气泡周围的液体中，相对于气泡内部的压力降低，从而使分子更难以蒸发。开尔文方程式表示为：

:<math>RT \ln\frac{P_0^K}{P_0} = \gamma V_m \left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\right)</math>
其中，{{Math|''P''{{su|b=0|p=''K''}}}}是曲面的[[蒸氣壓|蒸气压]]，{{Math|''P''<sub>0</sub>}}是平面的蒸气压，{{Math|γ}}是[[表面张力]]，{{Math|V<sub>m</sub>}}是液体的[[摩尔体积]]，{{Math|R}}是通用[[氣體常數|气体常数]]，''{{Math|T}}''是[[温度]]（以[[开尔文]]为单位）''，''{{Math|''R''<sub>1</sub>}}和{{Math|''R''<sub>2</sub>}}是表面曲率的主要半径。

== 涂料的表面改性颜料 ==
[[色素|颜料]]在改变涂料的应用性能方面具有巨大的潜力。由于其细粒度和固有的高表面能，其通常需要进行表面处理，以增强在液体介质中的分散性。以前已经使用了各种各样的表面处理方法，包括在存在极性基团的情况下分子表面上的吸附，聚合物的单层以及有机颜料表面上的无机氧化物层。<ref name="Wicks, Z.W. 2007">{{cite book|last=Wicks|first=Z. W.|date=2007|title=Organic Coatings: Science and Technology|url=https://archive.org/details/organiccoatingss00jrze|edition=3rd|location=New York|publisher=Wiley Interscience|pages=[https://archive.org/details/organiccoatingss00jrze/page/n435 435]–441}}</ref>

随着较大的颜料颗粒分解成较小的子颗粒，新表面不断产生。因此，这些新形成的表面会产生更大的表面能，从而使生成的颗粒经常粘在一起形成聚集体。由于分散在液体介质中的颗粒处于恒定的热运动或[[布朗运动]]中，因此当其在介质中移动并发生碰撞时，其对附近的其他颜料颗粒具有很强的亲和力。<ref name="Wicks, Z.W. 2007" />这种自然吸引力主要归功于强大的短程[[范德华力]]，这是其表面能的作用。

颜料分散的主要目的是分解聚集体并形成最佳尺寸颜料颗粒的稳定分散体。该过程通常涉及三个不同的阶段：润湿，分解和稳定。当配制要求良好的粘附性和外观的涂料时，易于润湿的表面是理想的。这也使与表面张力有关的缺陷（例如爬行，起皱和橘皮）的风险最小化。<ref name="Tracton, A. A. 2006">{{cite book|last=Tracton|first=A. A.|date=2006|title=Coatings Materials and Surface Coatings|edition=3rd|location=Florida|publisher=Taylor and Francis Group|pages=31-6 – 31-7}}</ref>这是颜料分散体的基本要求。 为了使润湿有效，颜料载体的表面张力必须低于颜料的表面自由能。<ref name="Wicks, Z.W. 2007" />这使载体渗入颜料聚集体的空隙中，从而确保完全润湿。最后，使颗粒受到排斥力，以使它们彼此分离并降低[[絮凝]]的可能性。

分散体可能通过两种不同的现象变得稳定：电荷排斥和空间或熵排斥。<ref name="Tracton, A. A. 2006" />在电荷排斥中，具有相同电荷的粒子彼此排斥。或者，当分散体中的颜料颗粒的表面上存在被吸附的材料层（例如被溶剂溶胀的聚合物分子）时，[[位阻效应|位阻]]排斥或熵排斥是用来描述排斥作用的现象。仅聚合物分子的某些部分（锚）被吸附，它们相应的环和尾部延伸到溶液中。当颗粒彼此接近时，其的吸附层变得拥挤。 这提供了有效的空间屏障，可防止[[絮凝]]。<ref>{{cite journal|title=Design of new pigment dispersants by controlled radical polymerization|first1=C.|last2=Eckstein|first2=E.|journal=Progress in Organic Coatings|issue=2–3|doi=10.1016/s0300-9440(02)00048-6|year=2002|volume=45|pages=83–93|last3=Muhlebach|first3=A.|last4=Zink|first4=M.|last5=Rime|first5=F.|last1=Auschra}}</ref>这种拥挤效应伴随着熵的降低，由此减少了在吸附层中聚合物分子可能的构象数目。结果，能量增加并且经常产生排斥力，该排斥力有助于使颗粒彼此分离。
[[File:Charge and steric or entropic stabilizations.tif|居中|缩略图|720x720像素|分散稳定性机制：电荷稳定和立体或熵稳定。电排斥力通过电荷负责稳定，而空间位阻则通过熵负责稳定。]]

== 常用表面能值表 ==
{| class="wikitable"
|+
!材料
!方向
!表面能（mJ/m<sup>2</sup>）
|-
|[[聚四氟乙烯]]（'''PTFE'''）
|
|19<ref>{{cite book|last=Kinloch|first=A. J.|date=1987|title=Adhesion & Adhesives: Science & Technology|url=https://archive.org/details/adhesionadhesive0000kinl|publisher=Chapman & Hall|location=London}}{{ISBN missing}}</ref>
|-
|[[玻璃]]
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|83.4<ref>{{cite journal|title=Surface energies of silicate glasses calculated from their wettability data|first1=S.-K.|journal=Journal of Materials Science|issue=4|doi=10.1007/BF00548176|year=1977|volume=12|pages=823–824|bibcode=1977JMatS..12..823R|last1=Rhee|s2cid=136812418}}</ref>
|-
|[[石膏]]
|
|370<ref>{{cite journal|title=The Solubility and Surface Energy of Calcium Sulfate|first1=M. L.|last2=Mack|first2=E.|journal=Journal of the American Chemical Society|issue=11|doi=10.1021/ja01664a001|year=1923|volume=45|pages=2479–2485|last1=Dundon}}</ref>
|-
|[[铜]]
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|1650<ref>{{cite journal|title=Grain Boundary Effect in Surface Tension Measurement|first1=H.|journal=JOM|issue=1|doi=10.1007/BF03398958|year=1951|volume=3|page=63|bibcode=1951JOM.....3a..63U|last1=Udin|doi-access=free}}</ref>
|-
|[[氧化镁]]
|(100) 水平
|1200<ref name="Gilman, J. J. 1960">{{cite journal|title=Direct Measurements of the Surface Energies of Crystals|url=https://archive.org/details/sim_journal-of-applied-physics_1960-12_31_12/page/2208|first1=J. J.|journal=Journal of Applied Physics|issue=12|doi=10.1063/1.1735524|year=1960|volume=31|page=2208|bibcode=1960JAP....31.2208G|last1=Gilman}}</ref>
|-
|[[氟化钙]]
|(111) 水平
|450<ref name="Gilman, J. J. 1960" />
|-
|[[氟化锂]]
|(100) 水平
|340<ref name="Gilman, J. J. 1960" />
|-
|[[碳酸鈣|碳酸钙]]
|(1010) 水平
|23<ref name="Gilman, J. J. 1960" />
|-
|[[氯化钠]]
|(100) 水平
|300<ref name="Butt, Hans-Jürgen 2006">{{cite book|last1=Butt|first1=H.-J.|first2=Kh.|last2=Graf|first3=M.|last3=Kappl|title=Physics and Chemistry of Interfaces|location=Weinheim|publisher=Wiley-VCH|date=2006}}{{ISBN missing}}</ref>
|-
|[[氯化钠]]
|(110) 水平
|400<ref>{{cite journal|title=The Surface Energy and the Heat of Solution of Solid Sodium Chloride. I|first1=S. G.|last2=Johnson|first2=F. M. G.|journal=Journal of the American Chemical Society|issue=4|doi=10.1021/ja01403a005|year=1927|volume=49|page=925|last3=Maass|first3=O.|last1=Lipsett}}</ref>
|-
|[[氯化钾]]
|(100) 水平
|110<ref name="Butt, Hans-Jürgen 2006" />
|-
|[[氟化钡]]
|(111) 水平
|280<ref name="Gilman, J. J. 1960" />
|-
|[[硅]]
|(111) 水平
|1240<ref name="Gilman, J. J. 1960" />
|}

==浏览更多==
*[[接觸角|接触角]]（[https://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle Contact angle] {{Wayback|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle |date=20220711161251 }}）

*[[表面张力]]（[https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension Surface tension] {{Wayback|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension |date=20220605031031 }}）

*[https://en.wikipedia.org/wiki/Sessile_drop_technique 无滴技术（Sessile drop technique）] {{Wayback|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Sessile_drop_technique |date=20220504055214 }}

*[https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_surface 毛细表面（Capillary surface）] {{Wayback|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_surface |date=20220523182020 }}

*[https://en.wikipedia.org/wiki/Wulff_construction 伍尔夫构型（Wulff construction）] {{Wayback|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Wulff_construction |date=20220515094706 }}

==參考資料==
{{reflist}}
==参阅==
*[[接触角]]
*[[表面张力系数]]
*{{le|座滴法|Sessile drop technique}}
*{{le|毛细面|Capillary surface}}

{{DEFAULTSORT:B}}
[[Category:能量形式]]
[[Category:凝聚体物理学]]
[[Category:表面化学]]