深入剖析自動型光學接觸角測量儀的測量方法

 

　　1.接觸角的基本概念

 

　　接觸角是液滴與固體表面接觸時，液滴邊緣與固體表面之間的夾角。該角度反映了液體對固體表面的潤濕性。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。接觸角較小表示液體容易潤濕固體表面，接觸角較大則表示固體表面具有較強的疏水性。

 

　　2.工作原理

 

　　自動型光學接觸角測量儀通常通過在固體表面上滴加液體，利用光學成像系統拍攝液滴形態，并通過圖像處理軟件分析液滴的形狀來計算接觸角。這一過程可以分為以下幾個主要步驟：

 

　　-液滴生成與定位：通過自動化系統，儀器將微量液體精確滴加到固體表面。液滴的形成過程可以通過自動控制的噴頭進行，確保液滴體積和位置的精準。

 

　　-液滴形態觀察：液滴落在固體表面后，儀器的光學系統（包括高清攝像頭、光源等）實時捕捉液滴的形態。常見的成像方式有側面拍攝和透射拍攝。液滴的輪廓、接觸點及液滴的彎曲程度提供了計算接觸角的必要信息。

 

　　-接觸角計算：液滴的形態通過圖像處理技術被轉化為數學模型，常用的算法包括圓弧擬合法、Young-Laplace方程等。通過分析液滴的輪廓曲線，測量儀器可以計算出接觸角的大小。通常，接觸角是指液滴與固體表面接觸點處的切線與固體表面之間的夾角。

 

　　3.測量方法

 

　　自動型光學接觸角測量儀常見的測量方法有靜態接觸角法和動態接觸角法兩種。

 

　　3.1靜態接觸角法

 

　　靜態接觸角法是最常見的接觸角測量方法。在該方法中，液滴被滴加到固體表面后，儀器通過自動光學系統捕捉液滴的形態，并在液滴形態穩定后計算出接觸角。該方法適用于表面能量穩定的固體樣品，能夠提供直觀的表面潤濕性信息。

 

　　-測量過程：首先，儀器會滴加一定量的液體到固體表面上，形成一個液滴。通過圖像分析技術，儀器能夠精確測量液滴在固體表面上的形態變化，進一步計算出接觸角。

 

　　-應用：靜態接觸角測量法廣泛應用于材料表面表征、涂層效果評估、潤濕性改性等領域。

 

　　3.2動態接觸角法

 

　　動態接觸角法主要通過分析液滴在固體表面上變化的接觸角來評估固體表面的潤濕性。在該方法中，接觸角隨時間發生變化，反映了液體與固體的相互作用。常見的動態接觸角方法包括前進接觸角法和后退接觸角法。

 

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

 

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

 

　　動態接觸角法對于研究表面潤濕性變化、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.優勢

 

　　它相較于傳統的接觸角測量方法，具有以下優勢：

 

　　-高精度：自動化系統能夠精確控制液滴的位置和體積，光學成像系統提供清晰的圖像，確保接觸角測量的高精度。

 

　　-操作簡便：用戶只需進行簡單的設置，儀器即可自動完成液滴的滴加、圖像捕捉與數據處理，極大提高了實驗效率。

 

　　-多功能性：除了靜態接觸角和動態接觸角測量外，部分儀器還支持表面能量分析、潤濕滯后測量、接觸角滯后現象研究等功能。

 

　　-非接觸式測量：光學測量技術避免了接觸式測量可能帶來的干擾，適用于脆弱或特殊表面的測量。