光學法接觸角測量方法
在做接觸角測試時,科學指南針檢測平臺工作人員在與很多同學溝通中了解到,好多同學對接觸角測量不太了解,針對此,科學指南針檢測平臺團隊組織相關同事對網(wǎng)上海量知識進行整理,希望可以幫助到科研圈的伙伴們;
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測量液體在固體表面接觸角一般有二種方法:天平稱量法和光學法。
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天平稱量法是一間接測量法,是薄板法表面張力測量儀的副產(chǎn)物。這一方法只適用于幾何形狀規(guī)則的固體表面(如圓柱體和長方形薄板),而且測量的也只能是整個接觸周邊表面(periphery of the wetted surface)上的平均接觸角值,不能只限于測量其中的一個面。
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光學法是建立在直接觀測液滴在固體表面的接觸界面的測量法,是一種直接測量法。它幾乎不受固體表面幾何形狀和尺寸的限制,適用性廣,測量模式眾多,而且測量多可在與實際應用相同或相似的條件下進行。自從引入了相機和數(shù)字圖像處理后,視頻光學法不但大大提高了測量的自動化程度和速度,減少了人為主觀因素的影響,而且使得測量的精度和準確性也獲得大幅度提高。
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所有的測量方法都是建立在某一模型的基礎上,視頻光學法也不例外。如上所述,本法是通過直接觀測液體在固體表面形成的液滴的測量法,通過測量液滴的形狀,尤其是其與固體表面相接觸處(界面)的液面(interface meniscus)形狀,來確定液體在固體表面的接觸角(參見圖 1)?;趥让妫╯ide-view)觀察法的視頻光學法都采用正交觀測法(也即從正側面觀測液滴和液面的形狀),觀測到的只是通過液滴正中軸線的一截面(orthogonal cross section),所以測量方法在一定程度上是默認了液滴和液面的中心軸對稱性(rotational invariance),認為從某一旋轉角截面測量得到的接觸角也同樣地可以代表所有的不同取向(旋轉角)的截面。
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圖 1 :接觸角測量示意圖
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除此之外,根據(jù)接觸角的定義,它是在液/固/流三相接觸界面處(3-phase contact points,3PCP),液面與固體表面形成的切線角,是液面走向函數(shù)在此位置的一次導數(shù)。但實際情況是:恰巧在這一三相接觸界面位置,由于各種因素的影響,液面的輪廓往往不很清晰,這就要求通過測量液面在其它位置的輪廓,并在某一模型的假設基礎上,將其輪廓(走向函數(shù))外推到三相接觸界面位置,以計算出接觸角θ。這就是為什么接觸角測量時必須采用一定的模型或計算方法的原因。
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