非離子表面活性劑Triton X-100溶液在不同生長期小麥葉片表面的潤濕行為

張晨輝 趙 欣 雷津美 馬 悅 杜鳳沛

?

非離子表面活性劑Triton X-100溶液在不同生長期小麥葉片表面的潤濕行為

張晨輝 趙 欣 雷津美 馬 悅 杜鳳沛*

(中國農業大學理學院應用化學系，北京 100193)

選擇不同生長期小麥葉片，利用座滴法研究了非離子表面活性劑Triton X-100在小麥葉片表面接觸角，考察濃度對接觸角、粘附張力、固-液界面張力及潤濕狀態的影響。研究表明，在低濃度下，表面活性劑分子在氣-液界面吸附量(LV)和固-液界面吸附量(SL)相似，但吸附量較少形成了不飽和吸附層，接觸角保持不變，其潤濕狀態為Cassie-Baxter狀態；當濃度進一步增加，液滴突破葉片表面三維立體結構中存在的釘扎效應，取代空氣層而處于Wenzel狀態，接觸角陡降，同時SL/LV遠大于1；當濃度超過臨界膠束濃度(CMC)時，表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面形成飽和吸附層，并產生毛細管效應，使溶液在小麥葉片三維立體結構中產生半滲透過程，此時接觸角保持不變。

非離子表面活性劑；小麥葉片；固體表觀表面自由能；吸附；潤濕狀態

1 引言

潤濕是日常生活中的常見現象，在諸多方面發揮著重要作用，尤其是農業領域1。農藥藥液在作物葉片表面潤濕鋪展，從而實現農藥有效成分的滲透和傳遞，使作物免受有害生物的侵襲2,3。但是，農藥及其代謝物具有生物毒性，且易殘留于農產品表面，因而需限制其用量4。資料顯示，我國農藥利用率為36.6%，大量藥液在葉片表面或聚并流失，或彈跳滾落，并在大氣、土壤和水環境中富集，嚴重危害生態環境安全5。因此，實現農藥液滴在作物表面的有效潤濕，是減少農藥用量的關鍵因素。

在農藥制劑中添加表面活性劑是提高藥液潤濕性的有效方法。表面活性劑分子通過非共價鍵相互作用吸附于氣-液和固-液界面，其吸附量隨著濃度的增加而增加，使接觸角不斷減小直至平衡6–8。在低能固體表面，表面活性劑分子從體相向固體表面遷移的驅動力主要是Lifshitz-van der Waals和疏水相互作用，使固體表面親水化，利于潤濕行為的產生9。當農藥藥液在植物葉片表面處于Wenzel狀態時，表現出高潤濕、高粘附的性能，可減少液滴彈跳流失，減少農藥用量，實現對潤濕粘附行為的調控。因此，如何選擇表面活性劑種類和用量是實現農藥藥液有效潤濕粘附，減少農藥用量的關鍵。

聚氧乙烯辛基苯基醚(Triton X-100)作為非離子表面活性劑，在農業領域有著廣泛的應用，其在固體表面潤濕粘附行為的研究也成為熱點問題10–13。在聚四氟乙烯(PTFE)表面，Triton X-100在氣-液和固-液界面吸附量相等，形成單分子吸附層，最大限度地降低表面接觸角；在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面，Triton X-100以平躺的方式在固-液界面吸附，導致其在氣-液界面吸附量高于固-液界面10,11。同時，Triton X-100與其他表面活性劑分子之間協同或拮抗作用也影響固-液界面的吸附行為，造成潤濕行為的改變12,13。

與光滑固體表面不同，作物葉片表面覆蓋有蠟質層，具有一定的粗糙度，其潤濕狀態更適用于Wenzel或Cassie-Baxter方程，而非Young方程，潤濕過程和機制更加復雜14,15。通過研究Triton X-100、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)在小麥葉片表面潤濕行為，發現Triton X-100可有效降低液滴接觸角，并在高濃度下處于Wenzel狀態；而SDS和DTAB潤濕能力有限，即使濃度超過CMC，接觸角依然大于90°16。當液滴處于Cassie-Baxter狀態時，由于釘扎效應的存在阻礙了液滴的潤濕和鋪展，不利于其在固體表面附著，而滑落流失；當液滴處于Wenzel狀態時，其在固體表面的粘附性能大大提升，實現藥液有效附著和沉積17,18。當添加表面活性劑后，表面張力的降低有利于液滴取代葉片微納結構中空氣層，導致其從Cassie-Baxter狀態向Wenzel狀態轉變19。同時，固體表面形貌和液滴大小等與潤濕狀態的轉換也息息相關20,21。

小麥作為我國廣泛種植的糧食作物，常年受到赤霉病、紋枯病、蚜蟲、吸漿蟲等病害的侵襲，發生面積達9.6億畝次，農藥用量巨大，同時藥液損失嚴重。因此，本文選擇小麥葉片為研究對象，考察不同生長期、不同部位小麥葉片表觀表面自由能的變化規律，利用座滴法研究非離子表面活性劑Triton X-100在葉片表面接觸角，探討表面活性劑分子對液滴在葉片表面潤濕過程的影響機制，旨在為實現藥液在小麥葉片有效潤濕粘附提供理論指導，以期減少農藥用量，保障國家生態環境安全和農產品質量安全。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

非離子表面活性劑聚氧乙烯辛基苯基醚(Triton X-100)，購自Sigma Aldrich Co. (美國)，分析純；甲酰胺、乙二醇、,-二甲基甲酰胺(DMF)，購自國藥集團化學試劑有限公司，分析純；實驗用水為超純水(Milli-Q water)。

采集不同生長期的小麥葉片(品種為濟麥22)，為種子發芽后10、20、30、45和60 d，并區分近軸面和遠軸面。對于同一生長期小麥葉片，其葉片長度、寬度應保持基本一致。取葉面中段，避開葉脈，利用雙面膠置于載玻片表面，制作過程中防止外來污染物影響植物葉片性質。

2.2 接觸角測定

利用OCA-20視頻光學接觸角測量儀(德國Dataphysics公司)測量不同濃度表面活性劑液滴在小麥葉片表面的接觸角。實驗過程中采取座滴法，利用微量注射器形成2mL的液滴，調節工作臺，使液滴與葉片表面接觸，經過SCA20軟件16處理，可得到液滴在葉片表面的接觸角。實驗溫度控制在(298 ± 0.2) K，濕度控制在65%。每個樣品測量15次，并利用IBM SPSS軟件(version 21.0)進行統計學分析16。

2.3 固體表面自由能及其分量測定

選擇超純水、甲酰胺、乙二醇和DMF為探測液體，測定四種液體在小麥葉片表面接觸角，通過OWRK法(方程(1))測定固體表面自由能及其分量。

3 結果與討論

3.1 小麥葉片表觀表面自由能及其分量

根據四種純液體在小麥葉片表面的接觸角，利用OWRK法計算不同生長期、不同葉片部位的小麥葉片表觀表面自由能及其分量22。圖1A顯示了葉片表觀表面自由能及其分量的數值，圖1B顯示了其色散分量和極性分量所占比例。由圖可知，隨著生長期的不斷增加，小麥葉片表觀表面自由能逐漸減小，說明其疏水性逐漸增強；水滴在小麥葉片上的接觸角由120° ± 1.3° (10 d，近軸面)增加到137° ± 1.9° (60 d，近軸面)。對于同一生長期，小麥葉片近軸面表觀表面自由能均低于遠軸面，其中色散分量數值下降明顯，說明近軸面疏水性更強；同樣，水滴在小麥葉片近軸面上接觸角均大于遠軸面。

值得注意的是，對于同一生長期，無論近軸面還是遠軸面，色散分量或極性分量所占比例大致相同，說明葉片表面具有相似極性。究其原因，葉片表面化學成分及含量在近軸面和遠軸面并無顯著性差異，均是由長鏈烷烴、伯醇、醛、酮、脂肪酸及三萜烯類化合物組成；隨著生長期的不斷增加，伯醇的含量逐漸減少，長鏈烷烴的含量逐漸增加，同時平均碳鏈長度由C28向C32轉變，導致色散分量所占比例增加，極性分量所占比例減少，小麥葉片疏水性增強23。

除葉片表面化學成分外，葉片表面形貌對表觀表面自由能也具有顯著影響。研究顯示小麥葉片近軸面外蠟質層表面形貌主要為片狀和管狀結構，而遠軸面外蠟質層表面形貌主要為層狀結構，說明近軸面表面粗糙度更大，導致葉片潤濕能力減弱；同時，隨著生長期的推移，葉片表面蠟質層密度、高度等不斷增加，葉片表面形貌精細化程度不斷增強，導致葉片疏水能力增強23,24。因此，在葉片表面化學成分和表面形貌(表面粗糙度)的共同作用下，小麥葉片表觀表面自由能隨著生長期逐漸降低，同時近軸面的值低于遠軸面。

圖1 不同生長期、不同葉片部位小麥葉片表觀表面自由能(SFE)及其分量(Ad-近軸面，Ab-遠軸面)

(A) values of the apparent surface free energy and its two components, (B) proportions of the two components.

3.2 非離子表面活性劑Triton X-100在小麥葉片表面潤濕行為

圖2顯示非離子表面活性劑(Triton X-100)在小麥葉片表面的接觸角隨濃度的變化趨勢。在低濃度下，液滴在小麥葉片表面的接觸角保持不變；當濃度大于1.0 × 10?5mol·L?1時，接觸角發生陡降；直至濃度大于5.0 × 10?4mol·L?1時，接觸角下降達到平臺值。同時，隨著生長期不斷增加，小麥葉片表觀表面自由能逐漸降低，同一濃度下表面活性劑的接觸角逐漸增大；而對比不同葉片部位，同一濃度表面活性劑在近軸面的接觸角高于遠軸面，原因是小麥葉片近軸面表觀表面自由能低于遠軸面。

這種變化趨勢與很多研究結果類似。Szymczyk等11發現Triton X-100在聚四氟乙烯(PTFE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面的接觸角隨著表面活性劑濃度的增加而降低，當濃度超過CMC后接觸角達到平臺值。不同的是，在低濃度下(1.0 × 10?7–1.0 × 10?5mol·L?1)，Triton X-100在小麥葉片表面的接觸角保持不變，而其在PTFE(110°至100°)和PMMA(75°至68°)表面的接觸角緩慢下降；當濃度超過CMC后，Triton X-100在小麥葉片表面的接觸角約為25°，遠低于其在PTFE(70°)和PMMA(35°)表面的接觸角11。結果說明，與光滑的聚合物固體表面不同，粗糙的小麥葉片表現出其獨特性質，其潤濕狀態并不適用于Young式方程(2)，而適合于Wenzel方程(3)或Cassie-Baxter方程(4)。

is the concentration of Triton X-100. The bars denote the standard deviation of the results.

SV?SL=LV?cos(2)

cosWcos(3)

cosCScosSVcosV(4)

其中SV、SL、LV分別代表固體表面自由能、固-液界面張力及液體表面張力，、W、C分別代表Young方程中本征接觸角、Wenzel方程和Cassie-Baxter方程中表觀接觸角；S、V分別代表表面活性劑液滴在固體和氣體表面接觸角；代表粗糙度，表示表觀固體接觸面積與本征固體接觸面積之間的比值，≥ 1；S、V代表固體接觸面積和氣體接觸面積占總面積的比值，S+V= 1。

當表面活性劑濃度較低時，由于葉片表面三維立體結構中存在釘扎效應從而阻止液滴鋪展，其潤濕狀態處于Cassie-Baxter狀態；隨著濃度逐漸增加，液滴表面張力逐漸減小，并逐步取代了葉片表面三維立體結構中的空氣層，其潤濕狀態處于Wenzel狀態25,26。Dong等27利用有機硅表面活性劑Silwet L-77研究其在干燥荷葉表面的潤濕行為，發現在低濃度時，液滴接觸角超過120°并處于Cassie-Baxter狀態；當濃度超過CMC后，液滴接觸角約為30°并處于Wenzel狀態。由此可知，在粗糙葉片表面發生潤濕行為時，往往伴隨著潤濕狀態的改變。同時，在溶液中添加表面活性劑可以使植物葉片由疏水性向親水性轉變。

3.3 非離子表面活性劑Triton X-100在小麥葉片表面吸附行為

通常SV和SL的差值被定義為表面活性劑在固體表面的粘附張力，其體現了固-液界面之間的粘附能力。Bargeman等28發現表面活性劑的表面張力與粘附張力(LVcos)之間存在線性關系。通過聯立潤濕方程和Gibbs公式，提出了通過LVcos?LV關系研究界面吸附行為的經驗方法，其公式如下：

其中，SV、SL、LV分別代表表面活性劑分子在固-氣、固-液和氣-液界面的本征吸附量；?SV,?SL分別代表表面活性劑分子在固-氣和固-液界面的表觀吸附量。通常情況下，SV和?SV約等于零，通過擬合表面張力與粘附張力線性曲線就可以得到相應的斜率。表1顯示每條線性關系所對應的斜率和相關系數。

圖3顯示非離子表面活性劑Triton X-100在不同小麥葉片表面的粘附張力隨表面張力的變化趨勢。可以看出，只有生長期為10和20 d的遠軸面小麥葉片，其表面張力與粘附張力呈現較好的線性關系，其余曲線在整個表面活性劑濃度范圍內為非線性。但若把這些曲線分成兩個階段，可以發現每一階段都能呈現較好的線性關系。

隨著溶液表面張力逐漸降低，任一小麥葉片表面粘附張力都逐漸增加；當溶液濃度超過CMC后，粘附張力保持不變。同時，兩個階段之間的拐點隨生長期的增加向濃度較高的方向移動；而在同一生長期，拐點在近軸面時所對應的表面張力低于遠軸面，說明在較高濃度下，近軸面才能實現潤濕狀態的轉變。

對于光滑的聚合物表面，Triton X-100表面活性劑分子在固-液界面的吸附量與固體表面性質有關。在PTFE表面，溶液的表面張力與粘附張力線性關系所對應的斜率為?1，說明表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面的吸附量相等；促使表面活性劑分子從體相向固體表面遷移的驅動力為疏水相互作用，其疏水基團吸附在固體表面，親水基團朝向體相，形成的單分子層使固體表面親水化，有利于發生潤濕行為11,29。在PMMA表面，溶液的表面張力與粘附張力線性關系所對應的斜率為?0.23，說明表面活性劑分子在氣-液界面的吸附量高于固-液界面；其驅動力不僅包括疏水相互作用，還存在Lifshitz-van der Waals力，導致表面活性劑分子并非直立的吸附于固體表面，固-液界面分子最小截面積增加，從而減少固-液界面的吸附量11。考慮到小麥葉片為弱極性固體表面，因此表面活性劑分子在固-液界面吸附的驅動力主要為疏水相互作用和Lifshitz-van der Waals力。

表1 溶液表面張力(γLV)與粘附張力(γLV cosθ)線性關系所對應的斜率和相關系數

從表1可以看出，第一階段?SL/LV的比值均在1左右，說明表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面的吸附量大體相當。在低濃度下，表面活性劑液滴不能取代葉片表面三維立體結構內的空氣層，而處于Cassie-Baxter狀態，其固-液界面的吸附面類似于光滑固體平面。從方程(7)可知，Cassie-Baxter狀態下所對應的斜率也在?1左右。隨著濃度的逐漸增加，表面活性劑液滴突破釘扎效應并取代空氣層，而處于Wenzel狀態，此時第二階段?SL/LV的比值遠高于1，說明表面活性劑分子在固-液界面的吸附量高于氣-液界面的吸附量，其固-液界面的吸附面積由于粗糙度的存在大幅增加，從而提高了固-液界面吸附量30。從方程(6)可知，Wenzel狀態下所對應的斜率與粗糙度有關。由此可知，隨著生長期的增加，小麥葉片表面粗糙度不斷增加，導致吸附面積提高，其第二階段?SL/LV的比值也不斷提高，因此在60 d近軸面的小麥葉片上，表面活性劑分子在固-液界面吸附量是氣-液界面吸附量的4.67倍。由于近軸面小麥葉片表面粗糙度高于遠軸面，因此近軸面?SL/LV的比值也高于遠軸面。

表面活性劑分子在固-液界面上的吸附可以改變固-液界面張力，但是目前沒有直接的方法可以進行測量，可以通過方程(8)來進行推斷。圖4顯示固-液界面張力隨表面活性劑濃度變化的曲線。

如圖4所示，隨著表面活性劑濃度的增加，表面活性劑分子在小麥葉片表面吸附量增加，固-液界面張力逐漸減小；當濃度超過CMC時，其值保持不變。這種現象說明表面活性劑分子在固-液界面吸附使小麥葉片親水化，有效降低固-液界面張力，有利于潤濕行為的產生。在低濃度下，隨著小麥葉片生長期增加，固-液界面張力增大，說明葉片疏水性越強不利于潤濕行為產生。當濃度超過CMC，對比近軸面，小麥葉片固-液界面張力無顯著性差異；而對比遠軸面，10天小麥葉片固-液界面張力高于其余生長期小麥葉片。

3.4 非離子表面活性劑TritonX-100在小麥葉片表面吸附機制

在系統考察了非離子表面活性劑分子Triton X-100在不同生長期、不同葉片部位小麥葉片體系中氣-液界面和固-液界面的吸附規律的基礎上，為進一步詳細討論其對潤濕行為的影響機理，將表面張力、接觸角和粘附張力隨濃度的變化趨勢整理在圖5中。為了便于討論，選擇了生長期為10和60 d的近軸面和遠軸面小麥葉片進行對比分析。

圖4 不同小麥葉片固-液界面張力(γSL)隨Triton X-100溶液濃度的變化趨勢

is the concentration of Triton X-100.

圖5 Triton X-100表面活性劑分子在不同小麥葉片表面吸附參數的濃度依賴性

圖6 Triton X-100表面活性劑分子在10 d近軸面(A)和遠軸面(B)小麥葉片表面的吸附機理模型

從圖5(A)可以看出，Triton X-100表面活性劑分子對10 d小麥近軸面潤濕行為的影響可以分為3個過程，其可能作用機制詳見圖6(A)：

過程一(1.0 × 10?7–1.0 × 10?6mol·L?1)，表面活性劑濃度較低，表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面都形成不飽和吸附層。此時，表面張力輕微降低；而小麥葉片表面輕微親水化，粘附張力小幅增加。當接觸角大于90°時，表面張力降低有利于接觸角增大，而粘附張力增加有利于接觸角減小；兩者的拮抗作用導致在此過程中接觸角保持不變。同時，液滴不能突破葉片表面三維立體結構中存在的釘扎效應而處于Cassie-Baxter狀態。

過程二(1.0 × 10?6–5.0 × 10?4mol·L?1)，表面活性劑濃度升高，表面活性劑分子繼續在氣-液界面和固-液界面進行吸附，因此表面張力繼續降低，粘附張力繼續增加。在此過程中，表面活性劑液滴逐步取代了葉片表面三維立體結構中的空氣層而處于Wenzel狀態。由于固-液界面吸附面積增加，導致粘附張力上升幅度更大，接觸角降低。同時，當接觸角小于90°時，表面張力降低有利于接觸角減小，而粘附張力增加也有利于接觸角減小。因此該過程的后半段，兩者的協同作用導致接觸角陡降。

過程三(5.0 × 10?4–5.0 × 10?2mol·L?1)，當表面活性劑濃度超過CMC時，表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面形成飽和吸附層。由于小麥葉片表面粗糙度的存在，表面活性劑分子在固-液界面的吸附量遠大于氣-液界面的吸附量。此時，表面張力和粘附張力保持不變，則接觸角也保持穩定。液滴在小麥葉片表面的潤濕狀態繼續保持為Wenzel狀態，由于液滴表面張力足夠小，則發生毛細管效應，導致液滴可在小麥葉片三維立體結構中產生半滲透過程18。

從圖5(B)可以看出，Triton X-100表面活性劑分子對10天小麥遠軸面潤濕行為的影響也可以分為3個過程，其可能作用機制詳見圖6(B)。與近軸面不同的是，在過程一階段，由于小麥葉片表面粗糙度較小，釘扎效應的影響有限，因此液滴在其表面直接處于Wenzel狀態。此時，表面活性劑分子在固-液界面的吸附量大于氣-液界面的吸附量，粘附張力升高幅度大于表面張力下降幅度，導致接觸角輕微降低。隨后，表面活性劑分子在氣-液和固-液界面進一步吸附直至形成飽和吸附層，而接觸角逐漸降低達到平臺值。

隨著生長期的不斷增加，小麥葉片表面粗糙度提高，其外蠟質層三維立體結構中存在的釘扎效應加劇，導致過程一所對應的濃度范圍拓寬，由1.0 × 10?6mol·L?1提升到1.0 × 10?5mol·L?1，見圖5(C, D)。當濃度超過1.0 × 10?5mol·L?1，表面活性劑分子突破釘扎效應，接觸角陡然下降直至平衡。在濃度增加的過程中，其潤濕狀態也經歷了從Cassie-Baxter狀態到Wenzel狀態的轉變。

4 結論

利用座滴法研究了非離子表面活性劑Triton X-100在不同生長期、不同部位小麥葉片表面接觸角，考察了濃度對接觸角、粘附張力、固-液界面張力及潤濕狀態影響。研究發現，隨著生長期不斷增加，小麥葉片表觀表面自由能逐漸減小，疏水性增強；而相較于遠軸面，近軸面葉片表觀表面自由能更小。隨著表面活性劑濃度增加，葉片表面接觸角逐漸降低直至不變。在低濃度下，表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面吸附量相似，但吸附量較少，形成了不飽和吸附層，此時潤濕狀態為Cassie-Baxter狀態。當濃度接近CMC時，液滴突破葉片表面釘扎效應，取代三維立體結構中空氣層，潤濕狀態從Cassie-Baxter狀態向Wenzel狀態轉變；此時，葉片表面吸附面積顯著增加，表面活性劑分子在固-液界面吸附量遠大于氣-液界面，并能有效潤濕小麥葉片。當濃度超過CMC時，表面活性劑分子在氣-液界面和固-液界面形成飽和吸附層，由于毛細管效應，液滴在小麥葉片三維立體結構中產生半滲透過程，此時接觸角在小麥葉片表面均為25°左右。本文明確了Triton X-100對液滴在小麥葉片表面潤濕行為的影響規律和作用機制，為實現藥液在小麥葉片有效潤濕粘附提供理論指導，以期減少農藥用量，保障生態環境安全和農產品質量安全。

(1) Taylor, P.2011,, 326. doi: 10.1016/j.cocis.2010.12.003

(2) Brewer, C. A.; Smith, W. K.; Vogelmann, T. C.1991,, 955. doi: 10.1111/j.1365-3040.1991.tb00965.x

(3) Johnson, R. M.; Pepperman, A. B.1996,, 157. doi: 10.1002/(SICI)1096-9063(199610)48:2<157::AID-PS454> 3.0.CO;2-2

(4) Demak, M.; Mahmoudi, S. R.; Hyder, M. N.; Varanasi, K. K2016,, 1. doi: 10.1038/ncomms12560

(5) Chen, X. M.; Wang, C. L.; Bo, R.2016,, 4. [陳曉明, 王程龍, 薄 瑞. 農藥科學與管理, 2016,, 4.]

(6) Yuan, F. Q.; Liu, D. D.; Guo, L. L.; Zhu, Y. W.; Xu, Z. C.; Huang, J. B.; Zhang, L.; Zhang, L.2015,, 715. [元福卿, 劉丹丹, 郭蘭磊, 祝仰文, 徐志成, 黃建濱, 張 磊, 張 路. 物理化學學報, 2015,, 715.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201503028

(7) Liu, D. D.; Xu, Z. C.; Zhang, L.; Luo, L.; Zhang, L.; Wei, T. X.; Zhao, S.2012,, 16845. doi: 10.1021/la304049z

(8) Hu, S. S.; Zhang, L.; Xu, Z. C.; Gong, Q. T.; Jin, Z. Q.; Zhang, L.; Zhao, S.2015,, 1924. [胡嵩霜, 張 磊, 徐志成, 宮清濤, 靳志強, 張 路, 趙 濉. 物理化學學報, 2015,, 1924.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201509061

(9) Joanna, K.; Katarzyna, S.; Zdziennicka, A.; Jańczuk, B.2013,, 98. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2013.05.001

(10) Katarzyna, S.; Zdziennicka, A.; Joanna, K.; Jańczuk, B.2012,, 132. doi: 10.1016/j.colsurfa.2012.02.054

(11) Katarzyna, S.; Zdziennicka, A.; Joanna, K.; Jańczuk, B.2012,, 139. doi: 10.1016/j.colsurfa.2012.02.055

(12) Katarzyna, S.; Jańczuk, B.2008,, 7755. doi: 10.1021/la8008078

(13) Katarzyna, S.; Jańczuk, B.2006,, 319. doi: 10.1016/j.jcis.2006.07.058

(14) Koch, K.; Bhushan, B.; Barthlott, W.2008,, 1943. doi: 10.1039/b804854a

(15) Koch, K.; Bhushan, B.; Barthlott, W.2009,, 137. doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.07.003

(16) Zhang, C. H.; Zhao, X.; Lei, J. M.; Ma, Y.; Du, F. P.2017,, 503. doi: 10.1039/c6sm02387h

(17) Lafuma, A.; Quere, D.2003,, 457. doi: 10.1038/nmat924

(18) Quere, D.2008,, 71. doi: 10.1146/annurev.matsci.38.060407.132434

(19) Reyssat, M.; Yeomans, J. M.; Quere, D.2008,, 26006. doi: 10.1209/0295-5075/81/26006

(20) Jung, Y. C.; Bhushan, B.2007,, 1057. doi: 10.1016/j.scriptamat.2007.09.004

(21) Bhushan, B.; Jung, Y. C.2007,, 1033. doi: 10.1016/j.ultramic.2007.05.002

(22) Zhu, Y. Q.; Yu, C. X.; Li, Y.; Zhu, Q. Q.; Zhou, L.; Cao, C.; Yu, T. T.; Du, F. P.2014,, 462. doi: 10.1002/ps.3594

(23) Wang, Y.; Wang, J. H.; Chai, G. Q.; Li, C. L.; Hu, Y. G.; Chen, X. H.; Wang, Z. H.2015,, e141239. doi: 10.1371/journal.pone.0141239

(24) Peirce, C. A. E.; McBeath, T. M.; Fernandez, V.; McLaughlin, M. J.2014,, 37. doi: 10.1007/s11104-014-2245-z

(25) Dupuis, A.; Yeomans, J. M.2005,, 2624. doi: 10.1021/la047348i

(26) Whyman, G.; Bormashenko, E.; Stein, T.2008,, 355. doi: 10.1016/j.cplett.2007.11.033

(27) Tang, X. L.; Dong, J. F.; Li, X. F.2008,, 223. doi: 10.1016/j.jcis.2008.05.055

(28) Bargeman, D.; van Voorst Vader, F.1973,, 467. doi:10.1016/0021-9797(73)90031-3

(29) Biswal, N. R.; Paria, S.2011,, 6138. doi: 10.1021/ie2000456

(30) Mishra, H.; Schrader, A. M.; Lee, D. W.; Gallo, A.; Chen, S. Y.; Kaufman, Y.; Das, S.; Israelachvili, J. N.2016,, 8168. doi: 10.1021/acsami.5b10721

Wettability of Triton X-100 on Wheat () Leaf Surfaces with Respect to Developmental Changes

ZHANG Chen-Hui ZHAO Xin LEI Jin-Mei MA Yue DU Feng-Pei*

()

In this research, the wetting behavior of nonionic surfactant Triton X-100 on wheat leaf surfaces at different developmental stages has been investigated based on the surface free energy, contact angle, adhesion tension, and liquid-solid interfacial tension. The results show that the contact angle remains constant with low adsorption at the liquid-air (LV) and liquid-solid (SL) interfaces at low concentration, and the wetting state is in the Cassie-Baxter state. On increasing the concentration, the contact angle decreases sharply and the ratio ofSL/LVbecomes more than 1. Meanwhile, the droplet overcomes the pinning effect to displace the air among three-dimensional wax layers and is in the Wenzel state. When the concentration becomes over critical micelle concentration (CMC), a saturated adsorption film forms at the interfaces, and the hemiwicking process occurs among micro/nano structures because of the capillary effect, then the contact angle remains constant.

Nonionic surfactant; Wheat leaf surfaces; Solid apparent surface free energy; Adsorption; Wetting state

March 23, 2017;

April 13, 2017;

May 5, 2017.

. Email: dufp@cau.edu.cn; Tel: +86-10-62732507.

10.3866/PKU.WHXB201705051

中國分類號：O647

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21573283).

國家自然科學基金(21573283)資助項目