固体表面的润湿现象，指的是液体在固体表面铺展并发生渗透的过程，其本质在于液体与固体表面之间存在的相互作用力。目前，关于固体表面润湿性能的研究，大多依托于三大经典模型，即 Young 模型、Wenzel模型以及Cassie - Baxter 模型。如下图所示：
图1 三种润湿模型示意图
1、Young 模型
固体表面的润湿状况，主要取决于液体在固体表面的扩散方式，并且能够通过接触角直观地呈现出来。在经典的Young模型里，杨氏方程揭示了接触角θ与固-液、固-气以及液-气界面表面张力之间的内在联系，具体如图1中(a)所示。杨氏方程如下所示：
杨氏方程
在上述公式中，θγ表征的是液体于固体表面所形成的接触角；γSV代表的是固-气界面的表面张力；γSL表示的是固-液界面的表面张力；γLV则表示液-气界面的表面张力。
当θγ大于90°时，意味着固体表面张力小于液体表面张力，此时固体表面展现出疏水特性；当θγ 小于90°时，表明固体表面张力大于液体表面张力，此时固体表面呈现出亲水特性。
2、Wenzel模型
Wenzel模型是建立在粗糙表面上提出的润湿模型，揭露了固体表面粗糙度与接触角θw的关系，如下所示：
Wenzel模型方程
其中，θw为粗糙表面的接触角；θγ代表液体在光滑固体表面的接触角；r为材料表面的表面粗糙因数，其值为实际接触面积与表观接触面积之比。Wenzel模型指出对于表面粗糙的固体，液体可以完全浸入粗糙的凹槽中并填充，从而导致实际固体表面的固液接触面积大于固体表面上看到的固液接触面积，因此r≥1。通过该模型可以看出亲水表面的粗糙程度越大表面越亲水，相反的，疏水表面粗糙程度增加则会导致表面越疏水。
3、Cassie-Baxter模型
当粗糙固体表面存在多孔结构而导致固-液界面之间存在空气，固体表面并没有被液体完全润湿，而是被空隙中存在的空气所支撑，这种情况下形成的固-液-气界面更为复杂，Cassie-Baxter模型也就应运而生，新的理论方程如下所示：
其中，θC-B 表示该模型下粗糙表面接触角；f1和f2分别代表固-液和液-气两相界面在接触面上的所占比例，并且满足 f1+f2=1。
4、结论
三大经典模型各有特点，也适用于不同的场景。其中，杨氏方程主要适用于光滑表面，这是一种理想状态，但影响固体表面润湿情况的因素通常有三个，即固体自身的表面能、表面粗糙度和表面均匀性。 故Wenzel 模型和 Cassie-Baxter 模型两种模型是更针对粗糙表面的润湿模型，但与 Wenzel模型相比，Cassie-Baxter模型强调减少固-液的接触面积来展现粗糙表面的润湿情况，更符合液体与固体表面的实际接触状态。
