接觸角表面張力儀

接觸角表面張力儀

1)當(dāng)θ=0，*潤(rùn)濕；
2)當(dāng)θ﹤90°，部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕；
3)當(dāng)θ=90°，是潤(rùn)濕與否的分界線；
4)當(dāng)θ﹥90°，不潤(rùn)濕；
5)當(dāng)θ=180°，*不潤(rùn)濕。
潤(rùn)濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開(kāi)采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。

1.什么是接觸角

接觸角是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線與固-液交界線之間的夾角θ，是潤(rùn)濕程度的量度。若θ<90°，則固體是親液的，即液體可潤(rùn)濕固體，其角越小，潤(rùn)濕性越好；若θ>90°，則固體是憎液的，即液體不潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)，不能進(jìn)入毛細(xì)孔。
2.測(cè)試方法:

接觸角現(xiàn)有測(cè)試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱(chēng)重法.后者通常稱(chēng)為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用泛,測(cè)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(guò)顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)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(jì)算出來(lái).計(jì)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(guò)測(cè)量特定的參數(shù)如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計(jì)算得出接觸角值。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(lái)準(zhǔn)確地描述一軸對(duì)稱(chēng)的液滴的外形輪廓，從而計(jì)算出其接觸角。

    3. 通俗概括

接觸角并不復(fù)雜，就是液滴在固體表面自然形成的半圓形態(tài)相對(duì)于固體平面的外切線。接觸角的應(yīng)用廣泛，甚至可以說(shuō)涉及到身邊的每個(gè)細(xì)節(jié)，比如我們希望汽車(chē)玻璃上不沾雨水、但反之我們希望汽車(chē)鋼板上的油漆脫落。其他比如農(nóng)藥和蔬菜葉面、涂料和內(nèi)外墻面、絕緣油和絕緣材料、納米材料表面改性等等，從教學(xué)科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到日常生活，舉不勝舉。

4. 運(yùn)用領(lǐng)域

運(yùn)用 教育科研  化妝品、選礦、造紙、、建筑材料、環(huán)境保護(hù)、海洋、化工、石油、噴涂、油漆油墨、印染、紡織、光學(xué)、液晶顯示器 太陽(yáng)能等行業(yè)
1.   接觸角測(cè)量范圍：0～180°

2.   滾動(dòng)角測(cè)量范圍：0～360°(選配，如需要可以選擇SCI3000F型)

3.   接觸角分辨率：0.01°

4.   接觸角測(cè)值精度：±0.1°(θ/2 法)

5.   表面張力測(cè)試方法：懸滴法

6.   表面張力測(cè)試范圍：0～1000mN/m

7.   表面張力測(cè)試分辨率：0.01mN/m

8.   儀器尺寸及重量：245Wx530Dx450H  mm  12 kg

9.   電源：AC220—240V  50HZ
（一） 樣品臺(tái)及其控制：
1、樣品臺(tái)移動(dòng)：三維控制，XY行程：手動(dòng)±50mm 精度：0.1mm  Z行程：手動(dòng) 25mm 精度：0.01mm

2、樣品臺(tái)大小：70*100mm

3、樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)：360°滾動(dòng)角測(cè)試平臺(tái) (選配)

4、儀器水平控制：樣品臺(tái)水平控制、鏡頭水平控制和整機(jī)四腳水平

（二） 進(jìn)液系統(tǒng)及其控制：
1、進(jìn)液系統(tǒng)：手控制注射泵系統(tǒng)

2、進(jìn)液器： 50ul、100ul及魯爾式高精度微量進(jìn)樣器一套

3、針頭： 0.7mm 標(biāo)準(zhǔn)針頭、0.14mm超細(xì)針頭及疏水針頭一套

4、進(jìn)樣器控制：XY 行程：手動(dòng) 12.5mm*12.5mm  0.01mm精度

               Z行程：手動(dòng)25mm 0.01mm精度 實(shí)現(xiàn)移液及焦距對(duì)焦功能

5、進(jìn)樣模式：程序設(shè)置進(jìn)樣區(qū)域，多點(diǎn)自動(dòng)按序拍攝，統(tǒng)一分析計(jì)算，自動(dòng)得到數(shù)據(jù)，一鍵出結(jié)果。

（三） 成像系統(tǒng)及其控制：
1、鏡頭控制：一維俯仰控制

2、鏡頭：高性能工業(yè)連續(xù)放大鏡頭，0.7-5X光學(xué)放大，有效像素55 -320 pixel/mm

3、相機(jī)系統(tǒng)：工業(yè)級(jí)超低照度CCD系統(tǒng)（專(zhuān)業(yè)），放大倍數(shù)可達(dá) 60 倍

4、水平解析度：750線，0.0005Lux照度

5、相機(jī)通訊：進(jìn)口芯片系列CCD，25幀/秒（60幀/秒）的速度，或更高幀率

6、分辨率：1280*1024

7、背景光：連續(xù)可調(diào)亮度LED冷光源 ，50個(gè)左右高亮度LED燈，亞克力遮光片技術(shù)，發(fā)光均勻。

8、七維調(diào)整平臺(tái)                

四、軟件指標(biāo)：
1、接觸角分析方法:

6種： 量高法、五點(diǎn)擬合法、量角法、插板計(jì)算法、懸滴擬合法、自動(dòng)影像分析法等

2、可測(cè)靜態(tài)接觸角、動(dòng)態(tài)接觸角（滾動(dòng)角）、前進(jìn)接觸角、后退接觸角、液滴表面張力、表面自由能和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3、接觸角數(shù)據(jù)取得方式：全自動(dòng)測(cè)值和人工修整相結(jié)合。按測(cè)試，軟件自動(dòng)拍照-查找敏感點(diǎn)-計(jì)算接觸角值-顯示計(jì)算結(jié)果，整個(gè)過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)，以降低人為因素影響

4、接觸角量測(cè)技術(shù)：數(shù)學(xué)模型擬合與真實(shí)液滴外廓實(shí)際量測(cè)相結(jié)合，解決非對(duì)稱(chēng)圖像測(cè)值問(wèn)題

5、測(cè)試液滴狀態(tài)，共4種：懸滴法(Pendant Drop/測(cè)表面張力)、停滴法(Sessile Drop)（2/3態(tài)）、氣泡虜獲法、插板法等

6、曲面修正：上凸曲面、下凹曲面、表面粗糙度修正

7、動(dòng)/靜態(tài)接觸角測(cè)試，可測(cè)試前進(jìn)和后退角，傾斜角和滾動(dòng)角值（需要加配旋轉(zhuǎn)平臺(tái)）

8、拍攝圖像方法：?jiǎn)螐埢?0幀/秒連續(xù)拍攝

9、左右接觸角值分別計(jì)算與比較功能，軟件自動(dòng)求取平均接觸角

10、數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能：備份、壓縮、導(dǎo)出EXCEL表格，測(cè)值以及曲線擬合結(jié)果均可保存到導(dǎo)出的圖片上，直觀明了。

11、視頻錄相功能：錄制AVI格式影視圖像，可用于PPT文件制作

12、多種表面自由能估算模型，至少有9種表面自由能估算模型，不但能分析低能固體表面，也能分析高能固體表面

接觸角測(cè)量?jī)x  水滴角測(cè)量?jī)x     光學(xué)視頻水滴角     水滴角測(cè)定儀   界面水滴角測(cè)量?jī)x   水滴角界面測(cè)試儀   接觸角測(cè)試儀  表面測(cè)試儀  界面表面接觸角測(cè)量?jī)x    水滴角界面測(cè)試儀   滾動(dòng)角測(cè)量?jī)x       水滴角接觸角儀    滑動(dòng)角測(cè)量?jī)x   視頻水滴角測(cè)試儀 疏水性測(cè)量?jī)x   潤(rùn)濕性測(cè)量?jī)x    表面張力測(cè)試儀    水滴接觸角測(cè)試儀    固體表面接觸角測(cè)定儀   固體材料接觸角儀  靜態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x

影響接觸角值的因素

接觸角是一用來(lái)衡量一液體在一固體表面的潤(rùn)濕性（鋪展性）的參數(shù)，其數(shù)值大小取決于液體和固體表面的特性（屬性）。

對(duì)接觸角數(shù)值大小能產(chǎn)生直接影響的液體屬性主要包括液體的表面張力，以及引起表面張力的分子作用力的本質(zhì)，如極性（polar）和非極性（disperse）作用力的組份。如果液體是一多組分體系（如涂料），液體的表面張力一般呈現(xiàn)時(shí)間依賴性（動(dòng)態(tài)表面張力），也就是表面張力會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化（一般是隨時(shí)間下降），這會(huì)引起接觸角也隨著時(shí)間發(fā)生相應(yīng)的變化（隨著液體表面張力的降低，接觸角減小）。

決定接觸角大小的另一因數(shù)是固體表面的屬性。這里所指的屬性可以有不同的范疇：

1.固體表面的表面自由能及其分子作用力的本質(zhì)，如極性和非極性作用力的組份。可以認(rèn)為固體表面的表面自由能是由其分子作用力的大小和本質(zhì)以及分子在表面的排列、結(jié)構(gòu)所決定的；對(duì)于一給定的固體表面，其表面自由能數(shù)值也應(yīng)是給定的。但固體表面與液體表面不同，后者幾乎瞬間可以達(dá)到平衡，而固體表面由于分子的運(yùn)動(dòng)受到限制，在現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到真正意義上的平衡態(tài)。固體表面隨著時(shí)間的松弛，從理論上講，也會(huì)影響接觸角的數(shù)值，而實(shí)際中這一點(diǎn)也往往可以被觀察到。

2.固體表面的其它屬性。除了上面提到的分子作用力的本質(zhì)，一些其它的物理、化學(xué)屬性也會(huì)影響接觸角的大小。它們包括：

a.固體表面的平整、光滑性（smoothness），或者用其對(duì)立面來(lái)衡量，也即表面的粗糙度（roughness）。粗糙度可以是無(wú)序的（stochastic）表面凸、凹的分布，也可以是確定的、非常有序的、規(guī)則的微結(jié)構(gòu)分布，這些特征的尺寸可以是微米或納米數(shù)量級(jí)的。

表面的粗糙度將會(huì)對(duì)液體在固體表面的表觀接觸角產(chǎn)生影響。表觀接觸角是指通過(guò)一般的（宏觀）接觸角測(cè)量技術(shù)（包括光學(xué)法和稱(chēng)重法）觀測(cè)、測(cè)得的接觸角數(shù)值，也就是我們能通過(guò)視頻光學(xué)測(cè)量法獲得的數(shù)值。表觀接觸角的大小在很大程度上受到液滴與固體表面形成的三相接觸線/周邊的影響：如果表面是非常平整的、光滑的，那么三相接觸線在鋪展過(guò)程中不會(huì)遇到任何阻滯（retention / pinning），液滴終將達(dá)到其相應(yīng)的熱力學(xué)平衡態(tài)，呈現(xiàn)的（平衡）接觸角也只由液體和固體表面的分子作用力的本質(zhì)所決定，這樣的接觸角也稱(chēng)為楊氏接觸角（Young’s contact angle）楊氏接觸角只與液體的表面張力 γlv
γlv
 , 固體表面的表面自由能 γsv
γsv
 和固體表面與液體接觸形成的固/液-界面的界面張力 γsl
γsl
 有關(guān)（參見(jiàn)圖1中的Young’s Equation）。

如果固體表面呈現(xiàn)出尺寸足夠大的粗糙度，三相接觸線在鋪展過(guò)程中就會(huì)遇到粗糙結(jié)構(gòu)的阻滯（pinning），使其無(wú)法總是跨越障礙、達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)。在這種情況下，液滴在固體表面形成的表觀接觸角就不再是一恒定值，而是可在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，具體的數(shù)值大小取決于液滴的三相接觸線形成的方式和經(jīng)歷。這一現(xiàn)象被稱(chēng)為接觸角的滯后效應(yīng)。對(duì)于這樣的固體表面，只測(cè)量一個(gè)接觸角的值并不能完整地描述其潤(rùn)濕行為，而應(yīng)該通過(guò)測(cè)量前進(jìn)接觸角、后退接觸角和滑動(dòng)角（sliding angle）來(lái)表征
如果引起固體表面粗糙度的微結(jié)構(gòu)非常精細(xì)，尺寸在亞微米或納米數(shù)量級(jí)，而且固體材料與液體的接觸角值又是在90度以上，此時(shí)預(yù)先進(jìn)入到微結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣將不會(huì)被液體擠走，而是被液體包圍而滯留在微結(jié)構(gòu)內(nèi)，起到填補(bǔ)微結(jié)構(gòu)空域的作用，從而形成空氣和固體表面相交叉的復(fù)合表面。空氣的存在將進(jìn)一步提高表觀接觸角的數(shù)值，可以說(shuō)，任何水的表觀接觸角大于120度的固體表面，都存在這樣的微結(jié)構(gòu)，是一空氣和固體材料形成的復(fù)合表面，觀測(cè)到的表觀接觸角值可以認(rèn)為是液體在固體表面和空氣表面的接觸角的某一比例平均值（水在空氣表面的接觸角值被認(rèn)為高達(dá)180度?。Ｗ匀唤绲暮苫ㄈ~，和近幾年來(lái)制備的超疏水性表面均是這樣的例子。

在涂料工業(yè)，制造具有粗糙形貌表面的一典型技術(shù)是運(yùn)用無(wú)光澤涂料。在簡(jiǎn)單的情況下，可通過(guò)在涂料中添加一些固體的、消光劑，這些消光劑在經(jīng)過(guò)涂料干燥工序后會(huì)作為細(xì)微的疙瘩露出在涂料表面，因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中由于溶劑揮發(fā)和膠合劑的硬化萎縮會(huì)引起涂料的體積收縮。消光劑顆粒的大小決定了表面形貌的尺寸。

通過(guò)選擇合適的消光劑顆粒，涂料基體和色素體積濃度就可以控制涂層表面的粗糙度，從而控制水滴在得到的表面上的接觸角大小。采用這種方法可以獲得水接觸角在140度以上的（超）疏水表面。

噴霧、油漆、涂料和油墨等配方設(shè)計(jì)和潤(rùn)濕性分析
印刷、鍍膜、電鍍和上漆等表面附著力檢測(cè)
薄膜、織物、紙張等表面吸附/吸收過(guò)程分析
玻璃、液晶屏、觸摸屏等表面處理效果和清潔度檢測(cè)
晶圓、PCB板、LED、高精密部件等有機(jī)污染檢測(cè)
親水鋁箔、巖芯、礦物、瀝青、絕緣子等潤(rùn)濕性行為分析
偏光片、膠片、眼鏡片等表面潤(rùn)濕性和吸附分析
食品、聚合物等表面競(jìng)爭(zhēng)、吸附和浸透性分析
表面活性劑如化妝品、乳液、石油等分析與應(yīng)用
清潔劑如肥皂、洗滌劑等表（界）面張力分析
纖維、炭纖維、玻璃纖維和樹(shù)脂等表征分析
納米材料與不同活性劑間濕潤(rùn)性的測(cè)定與研究
粘貼劑與固體間的粘接程度研究與檢測(cè)
清洗行業(yè)的清洗效果檢測(cè)