什么是接觸角

當(dāng)水滴落在荷葉上形成滾圓的珠狀(接觸角>150°)，而滴在玻璃表面鋪展開來(接觸角≈30°)，這個(gè)神奇的角度差異就是接觸角。當(dāng)一滴液體滴在固體表面時(shí)，在汽、液、固三相交點(diǎn)處，氣-液界面和固-液界面切線之間的夾角即為接觸角(如圖1所示)，用θ表示。它如同材料的"指紋"，能揭示表面能、潤濕性等關(guān)鍵特性。

圖1  接觸角示意圖

測試原理

接觸角測量儀的其主要原理是通過水平放置的光學(xué)鏡頭從側(cè)面拍攝液滴的圖像，通過「光學(xué)成像 + 數(shù)學(xué)建模」，將液滴邊緣的幾何形態(tài)轉(zhuǎn)化為量化角度數(shù)據(jù)，然后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析并擬合出液滴輪廓，進(jìn)而求出接觸角。核心流程：‌液滴生成 → 光學(xué)捕捉 → 輪廓分析 → 角度計(jì)算。

接觸角測量儀應(yīng)用

1.接觸角：是氣、液、固三相交界處的氣-液界面和固-液界面切線之間的夾角。有靜態(tài)接觸角(圖3a)、動(dòng)態(tài)接觸角(圖3b和圖3c)之分。

圖3 靜態(tài)接觸角(a);動(dòng)態(tài)接觸角(b，c)

2.靜態(tài)接觸角的變化：靜態(tài)接觸角會(huì)因長時(shí)間接觸空氣蒸發(fā)或固體表面孔隙吸收出現(xiàn)接觸角的變化(圖4 所示)。

圖4 靜態(tài)接觸角隨時(shí)間變化：(a) 0 min;(b) 5 min;(c) 10 min  (d) 20 min

3.滾動(dòng)角：是測量材料表面潤濕性的方法(圖5 所示)

圖5 滾動(dòng)角0°~90°

4. 表/界面張力：液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力，阻止液滴分裂的能力。

 懸滴法-液體的表/界面張力                                                      捕泡液滴-兩種液體的界面張力

主要功能

1.靜態(tài)接觸角—座滴法

靜態(tài)接觸角是液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的接觸角，通常使用水作為測試液體。如果接觸角低于90度，表面為親水性;如果高于90度，則為疏水性。

2.表面和界面張力—懸滴法

懸滴法利用液滴在毛細(xì)管或支架上懸掛時(shí)，表面張力使液滴趨向最小表面積形態(tài)。根據(jù)楊-拉普拉斯方程，液滴的外形與表面張力、液滴體積和支架半徑有關(guān)。通過分析液滴的形狀和尺寸變化，可以計(jì)算出液體的表面張力。

3.動(dòng)態(tài)接觸角(滾動(dòng)角、后退角、前進(jìn)角)—傾斜板法

傾斜板法是將一足夠大體積的液滴置于待測的樣品表面后，緩慢地傾斜樣品表面，同時(shí)跟蹤液滴形狀(包括接觸角值)和位置的變化。當(dāng)表面傾斜到一定角度時(shí)，液滴(的一方或雙方)開始發(fā)生滑動(dòng)。液滴下方發(fā)生滑動(dòng)前夕對(duì)應(yīng)的接觸角就是前進(jìn)角，而液滴上方發(fā)生滑動(dòng)前夕對(duì)應(yīng)的接觸角就是后退角。當(dāng)液滴整體剛剛開始發(fā)生滑動(dòng)(或滾動(dòng))時(shí)的傾斜角α，稱為滑動(dòng)(滾動(dòng))角。

4.表面自由能

接觸角測試儀測量表面自由能的方法主要包括‌Fowks法、OWRK法、ZismanPlot法和EOS法，這些方法都是基于測量液體在固體表面的接觸角來推導(dǎo)固體的表面自由能。通常情況下，表面自由能越高的固體，水滴在其表面的潤濕性越好，接觸角就越小;而表面自由能越低的固體，水滴在其表面的潤濕性越差，接觸角就越大‌。

5.可潤濕性分析—親水、超親水，疏水、超疏水

接觸角測量儀就是用來測量潤濕性的儀器，廣泛應(yīng)用于：塑料、玻璃、陶瓷、織物等各種材料的潤濕性測試、表面處理效果評(píng)價(jià)、各種憎水性與親水性表征 、半導(dǎo)體等各種芯片的質(zhì)量控制、表面潔凈度評(píng)價(jià)等等，下面就由上海艾飛思給大家簡要介紹。

接觸角測量儀的優(yōu)勢：

1. 三維連續(xù)可調(diào)樣品平臺(tái)，操作更方便；
2. 計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)和工業(yè)相機(jī)，使液滴圖像更清晰；
3. 特制微流進(jìn)樣泵，進(jìn)樣更準(zhǔn)確方便，避免液滴過大和過小帶來的測量誤差；
4. 可調(diào)諧自動(dòng)溫度遷移補(bǔ)償?shù)腖ED平面光源，實(shí)時(shí)顯示光強(qiáng)；
5. 亞克力防塵遮光罩，避免環(huán)境光影響，維護(hù)更簡單；
6. 外觀設(shè)計(jì)更具科技感。

接觸角是指固體表面上的固－液－氣三相交界點(diǎn)處，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所成的角，它是固體與液體潤濕程度的量度，也是定性表征固體表面屬性的重要參量。接觸角與固體材料表面的清潔程度、幾何/微觀形貌、分子排列取向、對(duì)液體的吸濕性、滲透性等密切相關(guān)。

潤濕性問題對(duì)機(jī)械加工、真空鍍膜、生物醫(yī)藥、紡織印染、農(nóng)藥加工、微電子工藝、油漆配方、洗滌等領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)都有重要影響。

以上就是上海艾飛思關(guān)于接觸角測量儀的分享，希望能給大家提供到幫助，了解更多關(guān)于接觸角測量儀的問題歡迎了解，如您需要，竭誠為您服務(wù)。