液滴在聚合物表面形成的三線結(jié)構(gòu)通常源自液滴、固體表面和氣相之間的相互作用。當(dāng)液滴與表面接觸時(shí)，形成了一個(gè)三相接觸區(qū)域，這一區(qū)域的穩(wěn)定性受以下幾個(gè)機(jī)制的影響：

01 濕潤性和表面張力的平衡： 液滴在表面上的擴(kuò)展或收縮過程是由于液體分子之間的表面張力與固體表面分子之間的相互作用力之間的平衡。當(dāng)液滴的表面張力與聚合物表面的表面能之間達(dá)到平衡時(shí)，液滴在表面上形成穩(wěn)定的三線接觸結(jié)構(gòu)。

02 粘附力與表面能： 液滴在聚合物表面上的形態(tài)還受到粘附力的影響。粘附力是液滴與表面之間的力，它可以使液滴在表面上擴(kuò)展或發(fā)生分裂。表面能的差異決定了粘附力的大小，進(jìn)而影響液滴的形狀和三線結(jié)構(gòu)的形成。

03 三相接觸角的變化： 在液滴與聚合物表面相互作用的過程中，接觸角的變化是三線結(jié)構(gòu)演化的一個(gè)重要標(biāo)志。接觸角的變化通常伴隨著液滴形態(tài)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致三線結(jié)構(gòu)的變化。在某些條件下，如表面能的調(diào)控或液滴的表面張力發(fā)生變化時(shí)，接觸角可能會(huì)急劇變化，進(jìn)而影響三線接觸結(jié)構(gòu)的形態(tài)。

04 表面粗糙度的影響： 表面微觀結(jié)構(gòu)對三線接觸線有顯著影響。在粗糙的表面上，液滴的三線接觸線可能呈現(xiàn)不規(guī)則的形態(tài)，液滴可能會(huì)滯留在表面的小孔或微溝槽中。表面粗糙度對液滴的擴(kuò)展性和接觸角有顯著影響，通常會(huì)導(dǎo)致接觸角的增加。

液滴在聚合物表面形成的三線結(jié)構(gòu)在許多實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。例如，應(yīng)用于防水和防污；優(yōu)化液滴的引導(dǎo)和操作，提升微流控技術(shù)；液滴與表面之間的相互作用能夠影響傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度。通過調(diào)節(jié)聚合物表面的特性，可以設(shè)計(jì)出更加靈敏的檢測裝置。

Edward Bormashenko等人首次使用環(huán)境掃描電子顯微鏡（Quanta 200 FEG ESEM FEI）研究了三相接觸線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)三相線并不光滑，更傾向于結(jié)合聚合物基底而不是氣孔，觀察到了液滴周圍的先驅(qū)環(huán)，揭示了表觀接觸角對液滴體積的依賴關(guān)系可以用 Cassie和混合Wenzel-Cassie潤濕模式之間的轉(zhuǎn)變來解釋，這是由毛細(xì)作用滲透到緩動(dòng)孔中的水引起的。

如下圖所示，研究者將涂有蜂窩狀PS 的PP 基底固定在保持在2°C 的 Peltier 臺(tái)上。在泵吸過程之前，使用精確的微分配器（微量注射器）小心地在樣品表面頂部沉積一滴水滴，并將其穩(wěn)定在2°C。在成像時(shí)，通過緩慢地以0.1 托里為增量改變壓力來控制樣本室中的相對濕度。在ESEM 濕模式下，使用GSED（氣態(tài)二次電子探測器）對液滴- 樣本邊界進(jìn)行成像。

青霉菌孢子（左）水汽凝結(jié)成水珠（右）

參考資料：Environmental Scanning Electron Microscopy Study of the Fine Structure of the Triple Line and Cassie-Wenzel Wetting Transition for Sessile Drops Deposited on Rough Polymer Substrates