1.接觸角的基本概念

 

　　接觸角是液滴與固體表面接觸時(shí)，液滴邊緣與固體表面之間的夾角。該角度反映了液體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕性。接觸角的大小與液體的表面張力、固體表面的能量以及它們之間的相互作用密切相關(guān)。接觸角較小表示液體容易潤(rùn)濕固體表面，接觸角較大則表示固體表面具有較強(qiáng)的疏水性。

 

　　2.工作原理

 

　　自動(dòng)型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x通常通過(guò)在固體表面上滴加液體，利用光學(xué)成像系統(tǒng)拍攝液滴形態(tài)，并通過(guò)圖像處理軟件分析液滴的形狀來(lái)計(jì)算接觸角。這一過(guò)程可以分為以下幾個(gè)主要步驟：

 

　　-液滴生成與定位：通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)，儀器將微量液體精確滴加到固體表面。液滴的形成過(guò)程可以通過(guò)自動(dòng)控制的噴頭進(jìn)行，確保液滴體積和位置的精準(zhǔn)。

 

　　-液滴形態(tài)觀察：液滴落在固體表面后，儀器的光學(xué)系統(tǒng)（包括高清攝像頭、光源等）實(shí)時(shí)捕捉液滴的形態(tài)。常見(jiàn)的成像方式有側(cè)面拍攝和透射拍攝。液滴的輪廓、接觸點(diǎn)及液滴的彎曲程度提供了計(jì)算接觸角的必要信息。

 

　　-接觸角計(jì)算：液滴的形態(tài)通過(guò)圖像處理技術(shù)被轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，常用的算法包括圓弧擬合法、Young-Laplace方程等。通過(guò)分析液滴的輪廓曲線，測(cè)量?jī)x器可以計(jì)算出接觸角的大小。通常，接觸角是指液滴與固體表面接觸點(diǎn)處的切線與固體表面之間的夾角。

 

　　3.測(cè)量方法

 

　　自動(dòng)型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x常見(jiàn)的測(cè)量方法有靜態(tài)接觸角法和動(dòng)態(tài)接觸角法兩種。

 

　　3.1靜態(tài)接觸角法

 

　　靜態(tài)接觸角法是最常見(jiàn)的接觸角測(cè)量方法。在該方法中，液滴被滴加到固體表面后，儀器通過(guò)自動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)捕捉液滴的形態(tài)，并在液滴形態(tài)穩(wěn)定后計(jì)算出接觸角。該方法適用于表面能量穩(wěn)定的固體樣品，能夠提供直觀的表面潤(rùn)濕性信息。

 

　　-測(cè)量過(guò)程：首先，儀器會(huì)滴加一定量的液體到固體表面上，形成一個(gè)液滴。通過(guò)圖像分析技術(shù)，儀器能夠精確測(cè)量液滴在固體表面上的形態(tài)變化，進(jìn)一步計(jì)算出接觸角。

 

　　-應(yīng)用：靜態(tài)接觸角測(cè)量法廣泛應(yīng)用于材料表面表征、涂層效果評(píng)估、潤(rùn)濕性改性等領(lǐng)域。

 

　　3.2動(dòng)態(tài)接觸角法

 

　　動(dòng)態(tài)接觸角法主要通過(guò)分析液滴在固體表面上變化的接觸角來(lái)評(píng)估固體表面的潤(rùn)濕性。在該方法中，接觸角隨時(shí)間發(fā)生變化，反映了液體與固體的相互作用。常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)接觸角方法包括前進(jìn)接觸角法和后退接觸角法。

 

　　-前進(jìn)接觸角：液滴在固體表面上逐漸增加體積，液滴的前緣會(huì)移動(dòng)，前進(jìn)接觸角是指液滴前緣與固體表面接觸點(diǎn)的夾角。前進(jìn)接觸角反映了液體在固體表面擴(kuò)展的能力。

 

　　-后退接觸角：當(dāng)液滴體積減少時(shí)，液滴的后緣會(huì)回縮，后退接觸角是指液滴后緣與固體表面接觸點(diǎn)的夾角。后退接觸角反映了液體在固體表面收縮的能力。

 

　　動(dòng)態(tài)接觸角法對(duì)于研究表面潤(rùn)濕性變化、表面改性效果以及液體與固體之間的摩擦力等具有重要意義。

 

　　4.優(yōu)勢(shì)

 

　　它相較于傳統(tǒng)的接觸角測(cè)量方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：

 

　　-高精度：自動(dòng)化系統(tǒng)能夠精確控制液滴的位置和體積，光學(xué)成像系統(tǒng)提供清晰的圖像，確保接觸角測(cè)量的高精度。

 

　　-操作簡(jiǎn)便：用戶(hù)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，儀器即可自動(dòng)完成液滴的滴加、圖像捕捉與數(shù)據(jù)處理，極大提高了實(shí)驗(yàn)效率。

 

　　-多功能性：除了靜態(tài)接觸角和動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量外，部分儀器還支持表面能量分析、潤(rùn)濕滯后測(cè)量、接觸角滯后現(xiàn)象研究等功能。

 

　　-非接觸式測(cè)量：光學(xué)測(cè)量技術(shù)避免了接觸式測(cè)量可能帶來(lái)的干擾，適用于脆弱或特殊表面的測(cè)量。