接触角是指当一液体与固体表面相接触时，液体在与固体表面相接触（点）处（三相接触边界，3PCP）其液/气-界面形状走向的切线与固体表面（包括液体相一侧）之间的夹角。这一角度的值标志着液体在固体表面的润湿性：当润湿性很好时，液体可以在固体表面完全铺展开，呈现0°的接触角值；当润湿性很差时，液体在固体表面完全无法铺展，只能聚集在一起而包成一团，呈现180°的接触角值；当润湿性界于很好与很差之间时，液体在固体表面可以有限度地铺展开来，形成介于 0° ~ 180° 之间的接触角。这一有限的接触角值是体系中各个不同的相互作用力的平衡，也是体系趋向最低能量的结果。涉及的相互作用力包括:

1、液体自身的表面张力:这一值越大，液体越倾向于聚集在一起、包成一团，而不愿意在固体表面上铺展开来；

2、固体自身的表面张力或表面（自由）能:这一值越大，固体表面的能量位越高，越希望有能量较低的液体层能够在其上面铺展开来而覆盖它，以降低体系的能量；

3、液体/固体表面-界面的相互作用力:这一值越小，固体表面对液体的吸引力越大，液体越能够在其上面铺展开来，导致较低的接触角值。

所以，如果希望液体能够较好地润湿固体表面：液体的表面张力值越低、固体的表面能值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利。反之，如果希望液体最好不要润湿固体表面：液体的表面张力值越高、固体的表面能值越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。如果假设液体的表面张力值是已知的（这一值可以直接测量，所以比较容易准确获得）；如果再假设，存在某一确定的依赖关系，如那么接触角的值Θ，与这些相互作用力之间的关系，可以表达为：，也就是说，接触角的值与液体表面张力和固体表面能有关（上式中的 f

F，G 和 H 均表示一定的函数/依赖关系）。当前者给定时，其值直接与固体表面能相关。所以测量所使用的液体也被称为探针液体（probe），通过测量它在固体表面的接触角值，可以用来探测固体表面的表面能值，也即固体表面的润湿属性，而这也正是接触角测量之应用基础。

接触角值的测量目前有二种常用的方法：基于称量的Modified Wilhelmy Plate方法 和基于液面（liquid meniscus）形状分析的光学法。前者属于间接的方法，后者属于直接方法。

图-1：在固体表面上的液滴（座滴）和接触角

图-2：在固体表面上的液面和接触角

Modified Wilhelmy Plate方法 这一方法是在传统的Wilhemy Plate测量液体表面张力方法的基础上发展而来，所以称为modified （经改变的）。传统的Wilhemy Plate方法被用来测量液体的表面张力：当一块/片规则的金属薄板/片，在经过表面粗糙化处理后，被伸入到液体相时，它受到液体表面张力对其施加的作用力 F（参见图-3）的作用，后者可以通过称量确定。这里Y为液体的表面张力（待测量），为液体润湿金属薄板的总周长（可以通过测量已知表面张力的液体确定或直接通过对薄板几何尺寸的测量经计算获得），Θ是液体在薄板表面的接触角值。测量时，假设接触角值为零，可以通过获得的F值由上式计算出Y值。

图-3：Wilhemy Plate法测量原理示意图

(picture source: https://en.wikipedia.org/wiki/Wilhelmy_plate)

在测量接触角时，把上面的公式转换成以下的形式：通过测量获得的作用力 F，在已知液体的表面张力值，Y，和液体润湿总周长，I，时，可以计算得到接触角值 Θ。测量时，把待测的样品表面代替金属薄板悬挂在天平的力传感器上，让其缓慢地伸入液体相，记录作用力的变化，由此可以计算获得液体在固体表面的前进接触角值。然后再缓慢地将固体样品从液体相中拉出，记录作用力的变化，由此可以计算获得液体在固体表面的后退接触角值。

所以这一方法可以用来测量液体在固体表面的动态接触角，包括前进和后退接触角值，而且可以很好地控制液体/气体/固体表面-三相接触线的移动速度。

原则上，经改变的Wilhemy Plate法可以用来测量任何几何形状的表面，如果我们可以准确测量其和液体润湿时的总周长I,而且这一值在样品移动过程中保持不变（或者我们可以预先知道其变化函数关系）。计算得到的接触角值代表顺着这一润湿总周长的的（平均）有效值。