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接觸角測(cè)量?jī)x如何測(cè)量真實(shí)接觸角值?

更新日期:2025-06-11      瀏覽次數(shù):159

       對(duì)于一指定的體系,從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō),接觸角值應(yīng)該是個(gè)定值。但事實(shí)經(jīng)驗(yàn)告訴我們,液滴在表面的接觸角值往往呈現(xiàn)一個(gè)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(shí)接觸角值的這種分散性主要源于:

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

(2) 液滴會(huì)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(cè)量接觸角的關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)接觸角值的測(cè)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(diǎn)上做此圓弧的切線,切線與基線的夾角為實(shí)測(cè)接觸角(Circle法和Wide-High法)。一般來(lái)說(shuō)接觸角小于15°且液滴體積不超過(guò)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(lèi)特殊的二次曲線,那此二次曲線在三相接觸點(diǎn)上的切線與基線的夾角為實(shí)測(cè)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(jì)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(diǎn)上的切線與基線的夾角為實(shí)測(cè)接觸角(Laplace-Young法)。接觸角大于140°且液滴比較對(duì)稱(chēng)時(shí)重點(diǎn)考慮Laplace-Young法擬合。

接觸角L-Y曲線法擬合.jpg


4.真實(shí)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(diǎn)上的切線與基線的夾角為實(shí)測(cè)接觸角(真實(shí)液滴法Truedrop 法)。測(cè)量動(dòng)態(tài)接觸角時(shí),在液滴明顯不對(duì)稱(chēng)的情況下可選真實(shí)液滴法擬合。

接觸角真實(shí)液滴法擬合.jpg


5.切線法擬合

       把液滴側(cè)面輪廓中三相點(diǎn)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(diǎn)上此二次曲線的切線與基線的夾角為實(shí)測(cè)接觸角(Tagent 法),理論上適合所有場(chǎng)合,但實(shí)踐中較少單獨(dú)使用。切線法可以用于液滴不對(duì)稱(chēng)時(shí),或用來(lái)和其他擬合方法測(cè)得的結(jié)果對(duì)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(cè)量結(jié)果的時(shí)候,同時(shí)給出了算法模型和實(shí)測(cè)液滴輪廓之間的偏差值,多數(shù)情況下這個(gè)偏差值越小結(jié)果越準(zhǔn)確。這個(gè)計(jì)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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