背景

“民以食為天“，可食用的農(nóng)作物是人類基本食物的來源之一。農(nóng)作物的生長(zhǎng)，離不開科學(xué)的科技生產(chǎn)技術(shù)，以及為技術(shù)提供高精度服務(wù)的科學(xué)設(shè)備。現(xiàn)階段，化學(xué)農(nóng)藥依然是防治病蟲草害最主要的手段。農(nóng)藥在施用過程中，如何實(shí)現(xiàn)讓盡可能多的藥液在靶標(biāo)表面沉積、潤(rùn)濕、附著，以達(dá)到農(nóng)藥有效成分的滲透和傳遞，進(jìn)而發(fā)揮防治效果是所有研究者的研究方向，這和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)息息相關(guān)。藥液在葉片上的潤(rùn)濕和鋪展等已經(jīng)被普及過很多次，但農(nóng)藥?kù)F滴在葉片上的彈跳行為，也要引起重視。因?yàn)樽匀唤缬泻芏喑�疏水植物葉片， 由于其極低的表面能 ，水滴撞擊后極易反彈和濺射 ，造成農(nóng)用化學(xué)品在噴灑過程中的浪費(fèi)和損失超過50%。為消滅病蟲害不得不重復(fù)噴灑 ，又造成農(nóng)藥過度使用和水資源浪費(fèi)，對(duì)食品安全和農(nóng)藥殘留有重大影響 。沒有滯留在葉片表面上的農(nóng)藥會(huì)流人土壤和湖泊，造成二次生態(tài)污染。因此 ， 研究水滴在超疏水表面上的沉積問題對(duì)提高農(nóng)用化學(xué)品的利用率、減少浪費(fèi)和環(huán)境污染等具有非常重要的意義。 

KRÜSS以往采用的用于接觸角測(cè)量的科學(xué)相機(jī)，其參數(shù)主要側(cè)重在圖像的表現(xiàn)力和真實(shí)性上，具有高的動(dòng)態(tài)范圍和飽和容量、最低的顳暗噪聲以及高的像素上，可以獲得低速時(shí)高清且真實(shí)的液滴圖像，但在1000fps時(shí)的圖像較窄，只有約1000×100pixel，視野范圍不足以觀測(cè)整個(gè)液滴的彈跳范圍；而最新的CF10高清高速相機(jī)，其最高速度3450fps，在1000fps時(shí)的分辨率可達(dá)690×540pixel，輔以KRÜSS特殊優(yōu)化過的軟件設(shè)置和配套光源，一般的液滴彈跳行為可清晰觀測(cè)，而且成本低廉，讓您一機(jī)兩用，使用非常方便。

一般來說，霧滴與界面撞擊后會(huì)出現(xiàn)六種結(jié)果：完全沉積、迅速飛濺、冠狀飛濺、向上回縮、部分反彈、全部反彈。不同的結(jié)果主要是由固體界面的潤(rùn)濕性和碰撞溶液自身的理化性質(zhì)兩方面因素導(dǎo)致的。

隨著近年來對(duì)超疏水表面結(jié)構(gòu)和性能的不斷深入和高速攝像機(jī)的普遍使用，新的撞擊動(dòng)力學(xué)不斷地出現(xiàn) ；結(jié)合藥物噴灑實(shí)際條件的復(fù)雜性，增強(qiáng)水滴在超疏水表面上的單次撞擊的沉積行為與機(jī)理研究也應(yīng)不斷深入和跟進(jìn)。

另外，在整個(gè)病蟲害防治過程中，了解藥液的動(dòng)態(tài)表面張力，藥液在葉片上的潤(rùn)濕性以及植物葉片的表面能等，對(duì)于充分發(fā)揮農(nóng)藥藥效，也有重要意義。

一、動(dòng)態(tài)表面張力

在農(nóng)藥噴灑過程中，噴霧器中農(nóng)藥液滴的飛行時(shí)間將對(duì)噴灑性能產(chǎn)生很大的影響。在液滴噴灑出來后，農(nóng)藥中的表面活性劑能夠多快的降低新形成界面的表面張力，則是決定潤(rùn)濕過程中的第一步。

例如我們用KRÜSS的BP100動(dòng)態(tài)表面張力儀測(cè)試添加了兩種不同表面活性劑農(nóng)藥的動(dòng)態(tài)表面張力。噴霧過程中尺寸效應(yīng)的關(guān)鍵因素為初始表面張力降低的快慢，即通常認(rèn)為是液滴形成后前250ms內(nèi)的表面張力。

二、接觸角

接觸角是表面科學(xué)的重要參數(shù)之一，表征液體在固體表面的潤(rùn)濕性能。農(nóng)藥要發(fā)揮高的使用效率，首先要能在靶標(biāo)物質(zhì)上鋪展和滯留，這就要求噴施的藥液具有較好的潤(rùn)濕性，而接觸角就是評(píng)價(jià)潤(rùn)濕性的重要指標(biāo)之一。

接觸角越小，藥液在植物葉面上的持留就會(huì)越好。但如果接觸角過小，就會(huì)造成藥液在植物葉面上的過于展開和潤(rùn)濕，形成過薄的藥膜而流失。例如用DSA25接觸角測(cè)試儀測(cè)試的農(nóng)藥初始接觸角為86度，而添加了表面活性劑的農(nóng)藥后，接觸角很快降低到50-60度。

三、植物葉片臨界表面張力

植物葉片的臨界表面張力也是表面潤(rùn)濕性的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，小于此表面張力的農(nóng)藥可以在葉片表面鋪展。由于不同植物的表面結(jié)構(gòu)差異很大，因而臨界表面張力有很大不同，了解植物的臨界表面張力，可以更好的指導(dǎo)農(nóng)藥中表面活性劑的添加，稀釋和具體使用等。

四、臨界膠束濃度（CMC） 

農(nóng)藥在低于表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）的情況下，濃度越高，潤(rùn)濕性越好，達(dá)到臨界膠束濃度后，才可能不因氣液界面的擴(kuò)大而增大農(nóng)藥的表面張力，使農(nóng)藥在葉片上更好的潤(rùn)濕和鋪展。例如用DSA25接觸角測(cè)試儀測(cè)試水稻的表面能介于30-36mN/m之間，農(nóng)藥經(jīng)水稀釋后，藥液內(nèi)的表面活性劑濃度應(yīng)大于臨界膠束濃度（可用K100表面張力儀測(cè)試得到CMC），且表面張力小于水稻的表面能，才能使得藥液在葉片上潤(rùn)濕鋪展，提高農(nóng)藥利用率。

五、滾動(dòng)角

由于大部分植被樹葉表面并不是水平的，當(dāng)液滴滴落在葉片表面，且不能夠快速潤(rùn)濕時(shí)，液滴由于重力的作用而滾落。滾動(dòng)角和農(nóng)藥的沉積和穩(wěn)定持留量相關(guān)，大的接觸角、大的液滴體積和重量會(huì)導(dǎo)致液滴滾落，浪費(fèi)農(nóng)藥。

農(nóng)作生長(zhǎng)過程中，需綜合考慮界面化學(xué)的各方面因素（動(dòng)態(tài)表面張力，彈跳行為，接觸角，滾動(dòng)角，表面能，臨界膠束濃度），才能充分發(fā)揮農(nóng)藥藥效，保證農(nóng)作物健康生長(zhǎng)。