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液滴與固體表面相互作用的現象在物理學、化學以及工程學中有著廣泛的應用，特別是在涂層、傳感器、微流控設備等領域。液滴在聚合物表面上的行為，是一個復雜的多尺度過程，涉及液體的表面張力、濕潤性、接觸角等因素。在多種液滴形態中，液滴在聚合物表面形成的三線結構（也稱為三相接觸線）是一個關鍵的物理現象，研究這一結構不僅有助于深入理解表面現象，還能為多種技術的優化和創新提供理論支持。 

三線結構描述的是液滴與固體表面以及氣相之間的接觸界面，形成了一個三相接觸線的區域。在該區域，液滴、固體表面和氣相交接，形成了復雜的物理和化學交互作用。這些交互作用決定了液滴的形態、穩定性及其在聚合物表面上的擴展行為。

Part.1三相接觸線的形成機制

液滴在聚合物表面形成的三線結構通常源自液滴、固體表面和氣相之間的相互作用。當液滴與表面接觸時，形成了一個三相接觸區域，這一區域的穩定性受以下幾個機制的影響：

01 濕潤性和表面張力的平衡： 液滴在表面上的擴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。當液滴的表面張力與聚合物表面的表面能之間達到平衡時，液滴在表面上形成穩定的三線接觸結構。

02 粘附力與表面能： 液滴在聚合物表面上的形態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展或發生分裂。表面能的差異決定了粘附力的大小，進而影響液滴的形狀和三線結構的形成。

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構演化的一個重要標志。接觸角的變化通常伴隨著液滴形態的改變，進而導致三線結構的變化。在某些條件下，如表面能的調控或液滴的表面張力發生變化時，接觸角可能會急劇變化，進而影響三線接觸結構的形態。

04 表面粗糙度的影響： 表面微觀結構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不規則的形態，液滴可能會滯留在表面的小孔或微溝槽中。表面粗糙度對液滴的擴展性和接觸角有顯著影響，通常會導致接觸角的增加。

Part.2三相接觸線的實驗研究

液滴在聚合物表面形成的三線結構在許多實際應用中具有重要意義。例如，應用于防水和防污；優化液滴的引導和操作，提升微流控技術；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速度。通過調節聚合物表面的特性，可以設計出更加靈敏的檢測裝置。

Edward Bormashenko等人首次使用環境掃描電子顯微鏡（Quanta 200 FEG ESEM FEI）研究了三相接觸線的精細結構。發現三相線并不光滑，更傾向于結合聚合物基底而不是氣孔，觀察到了液滴周圍的先驅環，揭示了表觀接觸角對液滴體積的依賴關系可以用 Cassie和混合Wenzel-Cassie潤濕模式之間的轉變來解釋，這是由毛細作用滲透到緩動孔中的水引起的。

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，并將其穩定在2°C。在成像時，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（氣態二次電子探測器）對液滴- 樣本邊界進行成像。

在相同粗糙界面上，通過不同體積（0.5uLA，5uLB）的液滴形成了銳角（A）和鈍角（B）的APCA

三相接觸面，液滴體積1 微升，基底傾斜角度-15°的ESEM圖像

Part.3賽默飛環境掃描電鏡（ESEM）

賽默飛ESEM電鏡起源于1988年ElectroScan，最新的Quattro系列，已經是第四代環掃電鏡產品。賽默飛在環掃電鏡領域擁有近30多年的技術積累，目前是市面上能夠提供最全面和最穩定原位分析實驗方案的唯一電鏡廠家！

利用環掃電鏡觀察液體樣品具有諸多優勢，例如，無需脫水即可直接觀察液體樣品，從而保持樣品的原始狀態；可調控環境中的濕度和溫度，支持液體樣品的動態變化過程的實時觀察，例如液滴蒸發、液固界面現象、結晶過程等；可用于表征復雜體系（如懸浮液、乳液）中顆粒的分布和結構；可用于研究液固界面的潤濕性、顆粒分布以及液體的動力學行為等。如下圖所示，利用賽默飛環掃電鏡觀察到的液體樣品結果。

青霉菌孢子（左）水汽凝結成水珠（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