接触角定义为液体在液体、固体和气体相交的三相边界处形成的角度。它可以快速、定量地测量表面的润湿性。这些特性可以洞察固体表面与液体的相互作用，例如其与涂层的粘附性或其与体液的生物相容性。接触角测量用于各种应用，包括评估表面清洁度、表征功能涂层和评估表面处理。

三相边界点的图示，其中 θ 表示接触角。

理论上，任何液体（探针液体）都可用于测量接触角。然而，在大多数情况下，出于方便或必要性，某些液体是首选。某些测量需要选择正确的探针液体。本文简要讨论了每次测量的理想探针液体的使用。

测量润湿性：

润湿性是指液体在目标表面上扩散的趋势。液体在固体上的润湿行为可以用接触角来量化。低于 90° 的接触角表示润湿性良好，而高于 90° 的接触角表示润湿性较差。水是润湿性研究中最常见的探针液体，因为它无处不在、成本低且无毒。水润湿性好的表面被归类为亲水性，而水润湿性差的表面被归类为疏水性。

虽然水是用于润湿性测量的最常用液体，但几乎可以使用任何液体。在许多应用中，非水液体的润湿性是令人感兴趣的。例如，油漆与表面的润湿性会影响油漆的性能，或者无铅焊料的润湿性会影响其可焊性。在这种情况下，直接使用感兴趣的液体作为探针液体可以比使用水更好地反映润湿性。可以使用油漆作为探针液体来量化油漆与表面的润湿性，或者可以使用焊料作为探针液体来量化焊料的润湿性。在这两种情况下，低接触角表示更大的润湿性。

水接触角测量图示分别描绘了具有良好润湿性（亲水性）和不良润湿性（疏水性）的表面

表征疏油性：

现代材料（例如防污智能手机屏幕或防雾眼镜）均采用疏油表面。疏油表面具有防油性，更具体地说，可抵抗油的粘附或渗透。通常，疏油表面具有疏水性，可通过水接触角进行一定程度的表征。但是，并非所有疏水表面都是疏油的，也并非所有疏油表面都是疏水的，因此仅靠水接触角无法最好地衡量疏油性。疏油表面的最佳特征是短链烷烃与表面的接触角。短链烷烃具有低表面张力且高度非极性，如油，因此可以更好地衡量表面与油性物质的相互作用。虽然许多烷烃已用于通过接触角测量疏油性，但正十六烷被认为是标准探针液体。十六烷的接触角约为 60°-80°，表明其表面具有疏油性。

确定表面自由能：

表面自由能 (SFE) 是表面分子间力的定量测量。它决定了固体与液体接触时的行为，并可以预测两相之间的粘附力。虽然水接触角可以估算出 SFE，但 SFE 与所用的液体无关，无法直接测量。SFE 是使用数学模型和使用不同探针液体的接触角测量间接确定的。

最常见的 SFE 理论之一是扩展 Fowkes 或 OWRK 方法。该方法用色散分量和极性分量来表示 SFE，其公式如下：

√ (γ LV p γ SV p ) + √ (γ LV d γ SV d ) = 0.5γ LV (1+cos⁡θ)

其中 γ sv p是固体的极性 SFE 分量，γ sv d是固体的分散 SFE 分量，γ sl p是液体的极性表面张力分量，γ sl d是液体的分散表面张力分量，γ sl是液体的总表面张力，θ 是液体在固体表面测量的接触角。由于该方程中有两个未知数（γ sv p和 γ sv d），因此必须使用至少两种探测液体来测量接触角。但并非任何液体都可以用作探测液体。要解该方程，液体必须具有已知的表面张力分量（可以通过实验或根据文献确定），并且其中一种液体必须是纯分散的。

有许多纯分散性液体；但是，大多数不适合 SFE 测量。大多数纯分散性液体的表面张力较低，这将导致大多数固体完全润湿。为了在大多数固体上获得可测量的接触角，需要更多奇异溶剂。二碘甲烷和 α-溴萘是用于 SFE 测量的最常用的分散性液体。这两种液体的表面张力都足够高，可以在大多数材料上产生可测量的接触角。

使用二碘甲烷作为分散探针液体、水作为极性探针液体进行表面自由能 (SFE) 测量的示例

除了分散性探针液，SFE 测量还需要极性探针液。常用的极性探针液是水、乙二醇、甘油和甲酰胺。这些液体含有氮和氧等杂原子，使其能够与表面发生极性相互作用。

预测粘附力：

粘附力是两种不同相之间的吸引力，对于将两种不同材料粘合在一起的所有应用都很重要。例如，粘附力会影响清漆涂层的应用或使用粘合剂的粘合。良好的粘附性需要良好的润湿性，因此可以使用接触角测量来评估粘合前的表面。粘合剂或涂层配方之间的接触角测量可用于确定特定表面的最佳表面处理或涂层配方。低接触角值表示良好的润湿性，因此，粘附性也良好。

可以使用接触角测量来评估不同涂层配方对给定表面的附着力。在某些情况下，水接触角足以评估附着力，特别是当涂层配方是水基时。低水接触角将表明良好的润湿性，因此与涂层配方具有良好的附着力。然而，在其他情况下，涂层配方本身可能成为接触角测量的更好的探针液体。例如，水可能无法完全反映表面与油基涂层的润湿性，特别是当表面是疏水的，因为水的润湿性较差。在这种情况下，可以使用涂层配方在表面上的接触角来评估润湿性和附着力。使用涂层配方作为探针液体还可以比较不同的配方，表面接触角最小的配方具有最佳的润湿性和附着力。