在做接觸角測(cè)試時(shí)，科學(xué)指南針檢測(cè)平臺(tái)工作人員在與很多同學(xué)溝通中了解到，好多同學(xué)對(duì)接觸角測(cè)量不太了解，針對(duì)此，科學(xué)指南針檢測(cè)平臺(tái)團(tuán)隊(duì)組織相關(guān)同事對(duì)網(wǎng)上海量知識(shí)進(jìn)行整理，希望可以幫助到科研圈的伙伴們，下面給大家介紹接觸角測(cè)量的常用方法~

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Modified Wilhelmy Plate?方法

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這一方法是在傳統(tǒng)的 Wilhemy Plate 測(cè)量液體表面張力方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，所以稱為 modified （經(jīng)改變的）。

傳統(tǒng)的 Wilhemy Plate方法被用來測(cè)量液體的表面張力：當(dāng)一塊/片規(guī)則的金屬薄板/片， 在經(jīng)過表面粗糙化處理后，被伸入到液體相時(shí)，它受到液體表面張力對(duì)其施加的作用力 F

（參見圖-1）的作用，后者可以通過稱量確定。

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這里γ為液體的表面張力（待測(cè)量），l為液體潤濕金屬薄板的總周長（可以通過測(cè)量已知表面張力的液體確定或直接通過對(duì)薄板幾何尺寸的測(cè)量經(jīng)計(jì)算獲得），θ是液體在薄板表面的接觸角值。測(cè)量時(shí)，假設(shè)接觸角值為零，可以通過獲得的?F?值由上式計(jì)算出γ值。

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圖-3：Wilhemy Plate 法測(cè)量原理示意圖

picture source：https://en.wikipedia.org/wiki/Wilhelmy_plate

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在測(cè)量接觸角時(shí)，把上面的公式轉(zhuǎn)換成以下的形式：

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通過測(cè)量獲得的作用力?F，在已知液體的表面張力值γ和液體潤濕總周長?l?時(shí)，可以計(jì)算得到接觸角值θ。

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測(cè)量時(shí)，把待測(cè)的樣品表面代替金屬薄板懸掛在天平的力傳感器上，讓其緩慢地伸入液? 體相，記錄作用力的變化，由此可以計(jì)算獲得液體在固體表面的前進(jìn)接觸角值。然后再緩慢地將固體樣品從液體相中拉出，記錄作用力的變化，由此可以計(jì)算獲得液體在固體表面的后?? 退接觸角值。

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所以這一方法可以用來測(cè)量液體在固體表面的動(dòng)態(tài)接觸角，包括前進(jìn)和后退接觸角值，? 而且可以很好地控制液體/氣體/固體表面-三相接觸線的移動(dòng)速度。

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原則上，經(jīng)改變的Wilhemy Plate法可以用來測(cè)量任何幾何形狀的表面，如果我們可以準(zhǔn)確測(cè)量其和液體潤濕時(shí)的總周長?l，而且這一值在樣品移動(dòng)過程中保持不變（或者我們可以預(yù)先知道其變化函數(shù)關(guān)系）。計(jì)算得到的接觸角值代表順著這一潤濕總周長的（平均）有效值。

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但是這里遇到這樣幾個(gè)問題：

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1.對(duì)于具有不規(guī)則形貌的樣品表面，其實(shí)很難確定/測(cè)量其潤濕時(shí)的總周長 l ，所以這一方法的測(cè)量一般只限于幾何形狀規(guī)則的樣品表面，如薄板/片，圓柱體等。當(dāng)樣品表面不平整（如存在較顯著的粗糙度、高低起伏，不規(guī)則或間隙等）時(shí)，這一總周長 l 的確定也非易事，而這一數(shù)值的不確定性，直接地影響到獲得的接觸角值的可靠性。

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計(jì)算得到的接觸角值代表沿著這一潤濕總周長的（平均）有效值。這就要求接觸角在這一總周長沿線的值符合一定的分布的（如 Gauss 分布），而且是相互關(guān)聯(lián)的，否則得到的（平均）有效值缺乏一定的物理意義。比如，如果樣品二面的表面屬性不同、毫不相干，那么測(cè)量得到的液體在二個(gè)不同表面上的接觸角的（平均）有效值就沒有一定的物理意義。這就要求沿著潤濕總周長的表面屬性是相同的或?qū)儆谕活惖模ㄒ布礃悠肪哂邢嗤亩妫?。?duì)于實(shí)際中的許多樣品表面，其實(shí)其二面的屬性往往是（完全）不相同的，要求測(cè)量的也只限于其中的一面（如經(jīng)過改性的一面） ，雖然有人建議可以把這樣的表面通過雙面膠帶粘結(jié)在一起，使得曝露在外的二個(gè)表面均是樣品需要測(cè)量的一面；但在實(shí)際操作中，這往往需要時(shí)間和耐性，而且也會(huì)引入其它的測(cè)量誤差。另外，這一方法也要求樣品在（上下）移動(dòng)方向上也基本是均一的，否則測(cè)量得到的接觸角值很難與具體的樣品位置相關(guān)聯(lián)。這就限制了對(duì)不均一樣品（比如 PCB 板）進(jìn)行測(cè)量的可能性。

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2.這一方法能夠接納的樣品尺寸是非常有限制的：既不能太大，也不能太小。實(shí)際遇到的樣品尺寸一般都要么太大需要進(jìn)行切割后才能測(cè)量（而這又會(huì)帶來問題和引入誤差）；要么太小，無法進(jìn)行測(cè)量。

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3.再者這一方法在計(jì)算時(shí)，忽略了樣品的邊緣（edges）可能對(duì)測(cè)量和計(jì)算的影響，而這是否合理，目前不是非常清楚。

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所以這一方法通常只用來測(cè)量表面四周屬性相同的薄板/薄片和圓柱體（包括纖維）。雖然這一方法也有被用來測(cè)量顆粒/粉末的接觸角（通過將顆粒/粉末粘結(jié)在雙面膠帶的二面），但在這種情況下，如何測(cè)量其潤濕時(shí)的總周長 ll，是有待進(jìn)一步商榷的，因?yàn)轭w粒/粉末組成的表面是不平整的，包括起伏和間隙，其真實(shí)的 ll 值可能要比運(yùn)用幾何規(guī)則通過簡(jiǎn)單測(cè)量/計(jì)算得到的值大得多，這（一疑點(diǎn)）也同樣適用于具有微觀/納米表面結(jié)構(gòu)的樣品表面。而對(duì)于超疏水性表面，這一問題可能更加復(fù)雜。

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隨著樣品的移動(dòng)，測(cè)量得到的力（以及計(jì)算得到的接觸角值）可能隨樣品的位置而變化，每一時(shí)刻的力和接觸角值都表示此時(shí)沿著潤濕總周長的（平均）有效值，所以這一方法可以被用來對(duì)樣品進(jìn)行一維掃描（垂直方向）（但如上面已經(jīng)提及，樣品表面必須基本上是均勻的）。

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方法的優(yōu)點(diǎn)在于其測(cè)量過程基本上完全自動(dòng)化（可以減少人為因素的影響），這可以提高測(cè)量過程的可重復(fù)性。但也必須指出，許多時(shí)候潤濕總周長 l 的測(cè)量還是無法完全排除操作人員的主觀因素。另外，隨著基于座滴法的光學(xué)接觸角直接測(cè)量法的自動(dòng)化程度的不斷提高，經(jīng)改變的Wilhemy Plate法在這方面所具有的優(yōu)勢(shì)也越來越不再突出。

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以上就是科學(xué)指南針檢測(cè)平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上接觸角測(cè)量相關(guān)資料的整理如有測(cè)試需求，可以和科學(xué)指南針聯(lián)系，我們會(huì)給與您最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和最好的服務(wù)體驗(yàn)，希望可以在大家的科研路上有所幫助。

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