深入剖析自动型光学接触角测量仪的测量方法

 

　　1.接触角的基本概念

 

　　接触角是液滴与固体表面接触时，液滴边缘与固体表面之间的夹角。该角度反映了液体对固体表面的润湿性。接触角的大小与液体的表面张力、固体表面的能量以及它们之间的相互作用密切相关。接触角较小表示液体容易润湿固体表面，接触角较大则表示固体表面具有较强的疏水性。

 

　　2.工作原理

 

　　自动型光学接触角测量仪通常通过在固体表面上滴加液体，利用光学成像系统拍摄液滴形态，并通过图像处理软件分析液滴的形状来计算接触角。这一过程可以分为以下几个主要步骤：

 

　　-液滴生成与定位：通过自动化系统，仪器将微量液体精确滴加到固体表面。液滴的形成过程可以通过自动控制的喷头进行，确保液滴体积和位置的精准。

 

　　-液滴形态观察：液滴落在固体表面后，仪器的光学系统（包括高清摄像头、光源等）实时捕捉液滴的形态。常见的成像方式有侧面拍摄和透射拍摄。液滴的轮廓、接触点及液滴的弯曲程度提供了计算接触角的必要信息。

 

　　-接触角计算：液滴的形态通过图像处理技术被转化为数学模型，常用的算法包括圆弧拟合法、Young-Laplace方程等。通过分析液滴的轮廓曲线，测量仪器可以计算出接触角的大小。通常，接触角是指液滴与固体表面接触点处的切线与固体表面之间的夹角。

 

　　3.测量方法

 

　　自动型光学接触角测量仪常见的测量方法有静态接触角法和动态接触角法两种。

 

　　3.1静态接触角法

 

　　静态接触角法是最常见的接触角测量方法。在该方法中，液滴被滴加到固体表面后，仪器通过自动光学系统捕捉液滴的形态，并在液滴形态稳定后计算出接触角。该方法适用于表面能量稳定的固体样品，能够提供直观的表面润湿性信息。

 

　　-测量过程：首先，仪器会滴加一定量的液体到固体表面上，形成一个液滴。通过图像分析技术，仪器能够精确测量液滴在固体表面上的形态变化，进一步计算出接触角。

 

　　-应用：静态接触角测量法广泛应用于材料表面表征、涂层效果评估、润湿性改性等领域。

 

　　3.2动态接触角法

 

　　动态接触角法主要通过分析液滴在固体表面上变化的接触角来评估固体表面的润湿性。在该方法中，接触角随时间发生变化，反映了液体与固体的相互作用。常见的动态接触角方法包括前进接触角法和后退接触角法。

 

　　-前进接触角：液滴在固体表面上逐渐增加体积，液滴的前缘会移动，前进接触角是指液滴前缘与固体表面接触点的夹角。前进接触角反映了液体在固体表面扩展的能力。

 

　　-后退接触角：当液滴体积减少时，液滴的后缘会回缩，后退接触角是指液滴后缘与固体表面接触点的夹角。后退接触角反映了液体在固体表面收缩的能力。

 

　　动态接触角法对于研究表面润湿性变化、表面改性效果以及液体与固体之间的摩擦力等具有重要意义。

 

　　4.优势

 

　　它相较于传统的接触角测量方法，具有以下优势：

 

　　-高精度：自动化系统能够精确控制液滴的位置和体积，光学成像系统提供清晰的图像，确保接触角测量的高精度。

 

　　-操作简便：用户只需进行简单的设置，仪器即可自动完成液滴的滴加、图像捕捉与数据处理，极大提高了实验效率。

 

　　-多功能性：除了静态接触角和动态接触角测量外，部分仪器还支持表面能量分析、润湿滞后测量、接触角滞后现象研究等功能。

 

　　-非接触式测量：光学测量技术避免了接触式测量可能带来的干扰，适用于脆弱或特殊表面的测量。