2.4七葉皂素溶液在疏水表麵的撞擊行為

液滴在固體表麵的潤濕和鋪展對許多工農業生產過程具有重要意義.如農藥藥液在劑量傳遞過程中，常因作物葉片疏水無法在其表麵有效潤濕而發生破碎飛濺、彈跳滾落等現象，藥液進入環境造成汙染的同時也影響了施藥效率.液滴在固體表麵的潤濕是一種固-液界麵現象，表麵活性劑的引入可以有效調控該過程.為探究七葉皂素對液滴固-液界麵相互作用的調控效果，以疏水的PTFE膜為固體基底（接觸角為137°），將添加七葉皂素的液滴從30 cm高處自由下落至PTFE表麵，並使用高速攝像機記錄液滴下落、鋪展、彈跳的全過程.

圖5（A）展示了水和不同濃度七葉皂素溶液撞擊PTFE疏水表麵的動態過程.可以看出，水在撞擊PTFE表麵後完全彈起，而且有較多飛濺碎裂，在80 ms時並不能潤濕疏水表麵.七葉皂素濃度為1×10-4mol/L時，液滴在撞擊後仍有較大程度的反彈，但未能完全彈起，且平衡後在一定程度上實現了鋪展.當濃度升高至5×10-4mol/L，液滴的反彈得到了明顯抑製，平衡後在疏水表麵的沉積和鋪展有所改善.濃度進一步升高至1×10-3mol/L時，液滴不再有明顯的反彈趨勢，且碎裂現象也得到了很好的抑製，平衡後能在表麵很好地沉積和鋪展.

為了更好地了解液滴與固體表麵作用的全過程，分別量取液滴初始直徑D0、鋪展直徑Dt、彈跳高度Hr，采用歸一化鋪展直徑（Dt/D0）和歸一化彈跳高度（Hr/D0）對時間t作圖［圖5（B）和（C）］，並計算了整個過程的撞擊參數［液滴初始直徑（D0）、最大鋪展直徑（Dmax）、回縮速率（Vret）、最終直徑（Df）、最大回彈高度（Hmax）和回縮百分比（RP）］（表1）.

從圖5（B）和（C）及表1可以看出，不同液滴在疏水表麵上發生撞擊後均發生相似程度的鋪展，之後發生回縮.水滴回縮速率（0.44 m/s）較大，且回縮百分比達到68%.向水中加入少量七葉皂素，濃度為1×10-4mol/L時，回縮速率（0.26 m/s）明顯降低，但回縮百分比沒有明顯改善.隨著七葉皂素濃度增大，液滴回縮明顯減弱.濃度為1×10-3mol/L時，回縮速率低至0.08 m/s，且僅液滴的24%發生回縮，可以認為達到了很好的抑製回彈的效果.而考察彈跳情況時發現，水滴因完全彈起離開表麵，所以Hmax/D0最高達到2.33.與之相比，七葉皂素加入後，明顯抑製了液滴的彈起，且隨著濃度增大，抑製作用明顯增加.

液滴在固體表麵的彈跳行為由液體性質和固體表麵性質共同決定，通常對於特定場景，固體表麵性質多是固定不變的，因此主要通過改變液體的性質（黏度、表麵張力）來調控液滴的彈跳行為.為了考察七葉皂素抑製液滴回縮過程中，液體黏度是否起到一定作用，測定了水和不同濃度七葉皂素溶液的黏度.如圖5（D）所示，所有樣品的黏度隨剪切速率的增加會先下降後達到平衡，不同樣品的黏度結果相似，無明顯差異。

可見，與聚合物增加拉伸黏度不同，對於七葉皂素而言，抑製液滴在疏水表麵上回縮的主要因素不是黏度，而是表麵張力的差異.液滴先在慣性力作用下發生相似程度的鋪展，隨後在各自表麵張力作用的驅動下發生不同程度的回縮.純水具有較高表麵張力，因此快速發生明顯回縮.相比之下，在純水中加入表麵活性劑七葉皂素之後，液滴鋪展過程中，七葉皂素分子會迅速從體相遷移到新生成的固-液-氣界麵處，在界麵處有效吸附（見Scheme 1），親水糖基朝向液體內側，疏水的三萜骨架環朝向外側，降低表麵張力，進而使得回縮速率顯著減緩，回縮百分比顯著減小.隨著七葉皂素濃度升高，分子界麵吸附量增多，表麵張力減小幅度更大，這種抑製回縮的作用也更明顯.可見，高濃度的七葉皂素可以有效抑製液滴撞擊疏水表麵後的彈跳、迸濺，並使之很好地潤濕並鋪展，在增加農藥對靶沉積和提高劑量傳遞效率方麵具有重要意義.

3結論

係統研究了天然產物七葉皂素的氣-液、液-液（油-水）、液-固界麵性質，分別探究了其表麵張力、油-水界麵張力，以及以七葉皂素為乳化劑所製備乳液的性質.在此基礎上，還研究了其溶液在疏水表麵撞擊的動態過程及抑製彈跳和回縮的能力.研究發現，七葉皂素能在氣-液界麵發生吸附，顯著降低水的表麵張力，臨界膠束濃度為5×10-4mol/L.同時，其對於降低油-水界麵張力也有顯著作用.以七葉皂素為乳化劑製備的農用油乳液，隨濃度增大粒徑逐漸降低，Zeta電勢的絕對值逐漸增大，短時間內的穩定性顯著提高.此外，高濃度的七葉皂素溶液可以很好地抑製液滴在疏水固體表麵的彈跳，促進液滴鋪展.研究結果對深入理解生物基表麵活性劑的界麵行為及拓展其應用具有重要的借鑒意義.