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接触角测试有哪些方法?为什么停滴法是最为可靠的测试接触角值的方法?

上海梭伦自2005年成立至今,长期致力于接触角测试仪、接触角测量仪、水滴角测量仪以及表面张力仪和界面张力仪的研制,在美国科诺战略投资下,上海梭伦的表面张力仪、界面张力仪及接触角测试仪三大领域取得了很多突破性进步。

作为界面化学分析测试的一种重要技术,接触角测试是表征固体材料物理化学性质的主要指标。

接触角测试仪超疏水材料测试接触角值

通常而言,接触角测试主要分为两大类测试方法:(1)光学法接触角测试技术;(2)称重法测试技术。如上图即为光学法接触角测试技术。而称重法测试技术通常是通过测得已知表面张力值的液体在固体表面上的吸附力,再通常润湿方程计算得出相应的值。事实上,称重原理的时所得的接触角值与常规的光学法接触角测量仪器的测值结果通常不具有可比性。比如,长期以来,理论上均假设铂金板应用于测试液体表面张力值时,其接触角值为零度。

在采用光学法接触角测量技术时,确实,此时的接触角值为零度。但是,采用称重原理时,水滴与铂金板间形成的接触角图像却非零度,如下图所示:

称重原理接触角测量:采用表面张力仪测试接触角值

而事实上,称重原理时,板与液体间几乎不可能形成零接触角图像,因而,对于称重原理的润湿方程而言,必须修正相应的接触角值。特别在界面张力测量以及不同的液体测量时,接触角的变化范围非常大,因而,称重原理的接触角测量,或换言之,表面张力仪应用于接触角测量时,应采用阿莎算法修正的铂金板法的称重原理接触角计算,而非简单的润湿方程接触角计算。

光学法接触角测量技术可应用于测试板形、粉体以及纤维的接触角值,可应用于不同亲、疏水范围材料的接触角测量。特别针对亲水粉体或纤维,光学法接触角测量仪可以提供远高于分析天平50数据/秒的动态分析速度。通常情况下可达500数据/秒的分析速度。

因而,停滴法原理的光学接触角测试仪是目前更为适合于固体材料表征的方法,也是98%以上的测试技术中所采用的技术。

停滴法原理接触角测试仪历经4代更新,目前阿莎算法(ADSA-RealDrop)可分析基于Young-Laplace方程非轴对称条件下的接触角值并用于评估基于表面粗糙度、化学多样性、异构性修正后的接触角值,应用于实际更为具有指导意义。

第一代的接触角测试仪采用了显微镜分划板,通过简单的量测角度切线,来评估角度值。测试精度低,人为误差大。

第二代接触角测试仪采用了WH法和圆拟合法、椭圆拟合法,通过几何测量图像的角度值,来评估接触角值。目前,中国的接触角测试仪的技术还停留在本阶段。量角器法的接触角测试仪,无法准确用于评估角度值,无法修正重力影响,测值受人为因素影响非常大,测值结果可信度不高。

第三代接触角测试仪采用了轴对称Young-Laplace方程拟合法。目前,国外的仪器厂商均停留在本阶段。而这也是国外仪器厂商与中国仪器厂商形成技术优势的地方。Young-Laplace方程可以分析30度以上的接触角值,修正重力系数的影响。但缺点在于其测试假设液滴为轴对称的,但事实上,几乎没有样品是轴对称的。

第四代接触角测试仪采用了阿莎算法(ADSA-RealDrop),可以分析基于Young-Laplace方程非轴对称条件下的接触角值并用于评估基于表面粗糙度、化学多样性、异构性修正后的接触角值,应用于实际更为具有指导意义。

阿莎算法用于评估超疏水材料的接触角值

   
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