背景

“民以食為天“，可食用的農作物是人類基本食物的來源之一。農作物的生長，離不開科學的科技生產技術，以及為技術提供高精度服務的科學設備。現階段，化學農藥依然是防治病蟲草害最主要的手段。農藥在施用過程中，如何實現讓盡可能多的藥液在靶標表面沉積、潤濕、附著，以達到農藥有效成分的滲透和傳遞，進而發揮防治效果是所有研究者的研究方向，這和綠色農業的發展目標息息相關。藥液在葉片上的潤濕和鋪展等已經被普及過很多次，但農藥霧滴在葉片上的彈跳行為，也要引起重視。因為自然界有很多超疏水植物葉片， 由于其極低的表面能 ，水滴撞擊后極易反彈和濺射 ，造成農用化學品在噴灑過程中的浪費和損失超過50%。為消滅病蟲害不得不重復噴灑 ，又造成農藥過度使用和水資源浪費，對食品安全和農藥殘留有重大影響 。沒有滯留在葉片表面上的農藥會流人土壤和湖泊，造成二次生態污染。因此 ， 研究水滴在超疏水表面上的沉積問題對提高農用化學品的利用率、減少浪費和環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量的科學相機，其參數主要側重在圖像的表現力和真實性上，具有高的動態范圍和飽和容量、最低的顳暗噪聲以及高的像素上，可以獲得低速時高清且真實的液滴圖像，但在1000fps時的圖像較窄，只有約1000×100pixel，視野范圍不足以觀測整個液滴的彈跳范圍；而最新的CF10高清高速相機，其最高速度3450fps，在1000fps時的分辨率可達690×540pixel，輔以KRÜSS特殊優化過的軟件設置和配套光源，一般的液滴彈跳行為可清晰觀測，而且成本低廉，讓您一機兩用，使用非常方便。

一般來說，霧滴與界面撞擊后會出現六種結果：完全沉積、迅速飛濺、冠狀飛濺、向上回縮、部分反彈、全部反彈。不同的結果主要是由固體界面的潤濕性和碰撞溶液自身的理化性質兩方面因素導致的。

隨著近年來對超疏水表面結構和性能的不斷深入和高速攝像機的普遍使用，新的撞擊動力學不斷地出現 ；結合藥物噴灑實際條件的復雜性，增強水滴在超疏水表面上的單次撞擊的沉積行為與機理研究也應不斷深入和跟進。

另外，在整個病蟲害防治過程中，了解藥液的動態表面張力，藥液在葉片上的潤濕性以及植物葉片的表面能等，對于充分發揮農藥藥效，也有重要意義。

一、動態表面張力

在農藥噴灑過程中，噴霧器中農藥液滴的飛行時間將對噴灑性能產生很大的影響。在液滴噴灑出來后，農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，則是決定潤濕過程中的第一步。

例如我們用KRÜSS的BP100動態表面張力儀測試添加了兩種不同表面活性劑農藥的動態表面張力。噴霧過程中尺寸效應的關鍵因素為初始表面張力降低的快慢，即通常認為是液滴形成后前250ms內的表面張力。

二、接觸角

接觸角是表面科學的重要參數之一，表征液體在固體表面的潤濕性能。農藥要發揮高的使用效率，首先要能在靶標物質上鋪展和滯留，這就要求噴施的藥液具有較好的潤濕性，而接觸角就是評價潤濕性的重要指標之一。

接觸角越小，藥液在植物葉面上的持留就會越好。但如果接觸角過小，就會造成藥液在植物葉面上的過于展開和潤濕，形成過薄的藥膜而流失。例如用DSA25接觸角測試儀測試的農藥初始接觸角為86度，而添加了表面活性劑的農藥后，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濕性的經驗參數，小于此表面張力的農藥可以在葉片表面鋪展。由于不同植物的表面結構差異很大，因而臨界表面張力有很大不同，了解植物的臨界表面張力，可以更好的指導農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，潤濕性越好，達到臨界膠束濃度后，才可能不因氣液界面的擴大而增大農藥的表面張力，使農藥在葉片上更好的潤濕和鋪展。例如用DSA25接觸角測試儀測試水稻的表面能介于30-36mN/m之間，農藥經水稀釋后，藥液內的表面活性劑濃度應大于臨界膠束濃度（可用K100表面張力儀測試得到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濕鋪展，提高農藥利用率。

五、滾動角

由于大部分植被樹葉表面并不是水平的，當液滴滴落在葉片表面，且不能夠快速潤濕時，液滴由于重力的作用而滾落。滾動角和農藥的沉積和穩定持留量相關，大的接觸角、大的液滴體積和重量會導致液滴滾落，浪費農藥。

農作生長過程中，需綜合考慮界面化學的各方面因素（動態表面張力，彈跳行為，接觸角，滾動角，表面能，臨界膠束濃度），才能充分發揮農藥藥效，保證農作物健康生長。