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接觸角測量儀如何測量真實接觸角值?

閱讀:199      發(fā)布時間:2025-6-11
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       對于一指定的體系,從熱力學(xué)角度來說,接觸角值應(yīng)該是個定值。但事實經(jīng)驗告訴我們,液滴在表面的接觸角值往往呈現(xiàn)一個范圍:從大致所謂的最大前進(jìn)接觸角到小致所謂的最小后退角,它們給定了液滴在表面可能達(dá)到的接觸角的最大值和最小值。

 

真實接觸角值的這種分散性主要源于:

真實世界中的表觀接觸角.jpg(1) 材料表面的微觀結(jié)構(gòu)會阻礙液體的鋪展;

(2) 液滴會發(fā)生變形;

(3) 基線不規(guī)范難以確定

......




       使用視頻光學(xué)法準(zhǔn)確測量接觸角的關(guān)鍵點在于:選擇適合當(dāng)前液滴的擬合方法擬合液滴輪廓,并合理確定基線的位置。


真實接觸角值的測量方法主要有以下幾種:

1. 圓法擬合  

       假設(shè)液滴是球體的一部分,把液滴側(cè)面輪廓擬合成圓的一部分就是圓法擬合。在三相接觸點上做此圓弧的切線,切線與基線的夾角為實測接觸角(Circle法和Wide-High法)。一般來說接觸角小于15°且液滴體積不超過3μl的情況下可以選用circle法擬合。

接觸角圓法擬合.jpg


2.二次曲線法擬合

       二次曲線法擬合就是把液滴的側(cè)面輪廓擬合成二次曲線的一部分,也包括了橢圓和圓這類特殊的二次曲線,那此二次曲線在三相接觸點上的切線與基線的夾角為實測接觸角(Conic法)。接觸角大于15°小于140°的情況下選擇Conic擬合方法。

接觸角二次曲線法擬合.jpg

 

3.Laplac-Young曲線法擬合

       如精確的把液滴受到重力(浮力)和Laplace界面壓力差的影響計算在內(nèi),我們把液滴的側(cè)面輪廓擬合成符合Y-L方程的曲線,那此Y-L曲線在三相接觸點上的切線與基線的夾角為實測接觸角(Laplace-Young法)。接觸角大于140°且液滴比較對稱時重點考慮Laplace-Young法擬合。

接觸角L-Y曲線法擬合.jpg


4.真實液滴法擬合

       把液滴的側(cè)面輪廓分段優(yōu)化再綜合各段特征擬合出液滴輪廓曲線,此曲線在三相接觸點上的切線與基線的夾角為實測接觸角(真實液滴法Truedrop 法)。測量動態(tài)接觸角時,在液滴明顯不對稱的情況下可選真實液滴法擬合。

接觸角真實液滴法擬合.jpg


5.切線法擬合

       把液滴側(cè)面輪廓中三相點附近的一小段輪廓線擬合成二次曲線是切線法擬合,在三相接觸點上此二次曲線的切線與基線的夾角為實測接觸角(Tagent 法),理論上適合所有場合,但實踐中較少單獨使用。切線法可以用于液滴不對稱時,或用來和其他擬合方法測得的結(jié)果對比印證。

接觸角切線法擬合.jpg

       不少儀器的軟件功能在給出接觸角測量結(jié)果的時候,同時給出了算法模型和實測液滴輪廓之間的偏差值,多數(shù)情況下這個偏差值越小結(jié)果越準(zhǔn)確。這個計算功能可以幫助使用者判斷所選用的算法模型是否合適。




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