接觸角測量儀測試材料的潤濕性

更新時間：2021-01-05

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接觸角測量儀測試材料的潤濕性

主要用于測量液體對固體的接觸角，即液體對固體的浸潤性，當(dāng)液滴自由地處于不受力場影響的空間時，由于界面張力的存在而呈圓球狀。但是，當(dāng)液滴與固體平面接觸時，其終形狀取決于液滴內(nèi)部的內(nèi)聚力和液滴與固體間的粘附力的相對大小。當(dāng)一液滴放置在固體平面上時，液滴能自動地在固體表面鋪展開來，或以與固體表面成一定接觸角的液滴存在。

接觸角測量儀的測量原理其實有點類似于液滴高度/寬度法測量，運用圓方程式來擬合液滴的輪廓形狀，從而計算出接觸角。由于此方法假定了液滴(截面)的形狀為圓的一部分，所以其適用范圍只限于球狀或接近球狀的液滴。由于重力的影響，嚴(yán)格地講，液滴的形狀都偏離球型：偏離的程度隨液滴的體積增大而增大;在同樣的體積下，液體的比重越大，表面張力越小，偏離的幅度也越大。

作為潤濕現(xiàn)象的一種研究方法，接觸角的研究長期以來一直停留在某個階段。以前，當(dāng)人們需要用到接觸角測量儀

現(xiàn)在，生物啟發(fā)特殊潤濕性能表面已經(jīng)吸引了科學(xué)關(guān)注，無論是在基本理論研究方面還是在實際應(yīng)用方面。它已經(jīng)成為一個持續(xù)增加的熱門研究課題，受動植物表面疏水性的啟發(fā)，許多研究人員嘗試用各種方法模似了自然界中特殊潤濕性能表面，集中在荷葉效應(yīng)啟發(fā)的自清潔表面。

超疏水表面是指與水的接觸角大于150度的表面，隨著研究的不斷加深，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)影響接觸角穩(wěn)定的因素除平衡時間和溫度外，還有接觸角滯后和吸附作用，前進(jìn)接觸角，后退接觸角和接觸角滯后表征出水滴在固體表面的動態(tài)行為，接觸角滯后與表面粘性緊密相關(guān)，接觸角滯后越小，液滴越易從表面滴落，反之亦然。

固體表面特殊的潤濕性對自清潔，防輻射，微液體等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值，液體在固體表面的潤濕性能一般采用切線法，寬高法，橢圓法，楊氏議程定義法來測量，接觸角可以定量描述表面的潤濕性能，其測量可通過接觸角測量儀直線測量。

超疏水表面的接觸角測量方法
測量超級疏水表面的方法，與常規(guī)的方法不一樣。我們將高于120度的接觸角定為超疏水接觸角。

切線法：常規(guī)方法，需手工切線，誤差較大。

圓法：也叫寬高法，θ/2法，利用三點擬合一個圓形(開放式存在，能更好的看清楚是否貼合在一起)，從而計算出接觸角度。適用于<20°角度的接觸角測量。

橢圓法：當(dāng)接觸角度超過20度時，此時已不是一個常規(guī)的圓形，而近似一個橢圓形，橢圓法用五點擬合橢圓形，從而計算出接觸角度。適用于>20°<120°角度測量。

適用于>120°超疏水角度的測量。但是法有一個缺點，就是在擬合時的圖象一定要非常清晰和完整，需自動擬合，并且左右兩邊的角度要均勻。

微分圓法，微分橢圓法：適用于所有不同角度的測量。此方法含擴(kuò)(圓環(huán)法，橢圓法，Laplace-Young法)并能優(yōu)化Laplace-Young法的不足之處。這也是有超疏水角度測量需求的客戶的福音。

如何有效的通過接觸角測量儀進(jìn)行潤濕性測量?
接觸角和表面張力在潤濕和涂層的測量方式：
接觸角現(xiàn)有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法；其二為稱重法。后者通常稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀。但目前應(yīng)用泛，測值直接與準(zhǔn)確的還是外形圖像分析方法。

外形圖像分析法的原理為，將液滴滴于固體樣品表面，通過顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像，再運用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來。

計算接觸角的方法通常基于一特定的數(shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分，然后通過測量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來準(zhǔn)確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓，從而計算出其接觸角。

材料表面的性質(zhì)對于處理和使用與體積特性同等重要。在粘合，印刷或涂覆時，清潔度，表面自由能和粗糙度是決定性的因素。在污垢和水存在下的潤濕性和粘附性也與許多材料和應(yīng)用有關(guān)。借助于我們的測量儀器，通過表面化學(xué)方法可以表面準(zhǔn)備和增強(qiáng)的許多步驟。通過接觸角測量在線控制潤濕性：在移動的表面上的綜合質(zhì)量檢測：接觸角測量已經(jīng)完成了從測試實驗室到生產(chǎn)車間的步驟，質(zhì)量保證表面的清潔和預(yù)處理。這一切都得益于這一發(fā)展。

快速和移動測量技術(shù)。我們進(jìn)一步研究這個可行性研究，并展示潛力的一個途徑使用接觸角測量作為不間斷的在線過程控制的測試方法。非常快速的液體針技術(shù)，使接觸角移動樣品的測量和軟件界面與全自動的集成任何復(fù)雜的信息系統(tǒng)都可能進(jìn)行分析。

材料經(jīng)受許多表面處理生產(chǎn)過程，以便為這些準(zhǔn)備進(jìn)一步處理步驟。這里的典型例子包括粘結(jié)或等離子之前清潔表面聚合物處理，以激活它隨后的涂層，從而達(dá)到好的潤濕性和粘附性。由于潤濕直接反映出來通過接觸角測量接觸角是一個測試這種預(yù)處理效果的方法。