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3D接触角测量仪有哪些功能和应用?为什么测试3D接触角值要优于2D接触角值?

3D接触角测量仪是美国科诺提出的全新接触角测试理念,并且,授权上海梭伦在中国地区申请了专利。作为全新的接触角测量理念,3D接触角与常规的接触角测量的区别在于常规的接触角测量仪通常测试的是侧视条件下某一个随机的角度条件下的接触角值。相对于整个液滴3D结构来讲,常规的接触角测试仪仅仅测试了特定视角条件下的接触角值。而如果固体的表面存在化学多样性、异构性以及表面粗糙度时,那么事实情况下98%样品各侧视角度条件下的接触角值事实上呈现出如下图所示的形貌,即在顶视条件下,液滴的轮廓呈现出不规则的情况。

3D接触角顶视条件时的形貌图

这就是说,我们必须满足测试各不同侧视角度时的不同角度值,并用于表征样品的表面的物理化学性质,这样的表征技术对于该固体样品而言更为科学。而这就是3D接触角测量的概念。

从目前技术来讲,测量接触角值的算法通常分为三代技术:

第一代的技术为量角器法,通过显微镜里的分划板,来量测角度值。

第二代的技术为数码量角器法阶段,本阶段将图像捕捉到电脑后,通过量角器的几何测量技术,如圆拟合、椭圆拟合或多段椭圆拟合线、或多项式方程的拟合曲线,来量测一下角度值。此时的测量技术只是将其他的图像角度测量技术移到“接触角测量”中,与真正的界面化学分析技术关系并不大。目前,中国的绝大多数仪器厂商,以及日本、韩国的仪器厂商均停留在这个技术阶段。

第三代的技术为Young-Laplace方程拟合技术,通过分析轮廓图像,将液滴轮廓因子Bond系数通过选点选面的方式标定后,再拟合Young-Laplace方程。本方法通常情况下参考于超疏水材料且表面不存在粗糙度,均匀性很好的,没有异构性的样品而言,Young-Laplace方程是有效的。这与是德国仪器与中国仪器的技术核心区别所在。

第四代的技术为阿莎算法ADSA算法,目前的ADSA-RealDrop通过修正左、右角度值不同的重力系数(如倾斜的条件下),基于ADSA-NA技术进行优化。过程中,通过双次迭代的技术,无需标定Bond系数拟合曲线,直接计算得到相应的接触角值、表面张力值以及修正的重力系数值。

显见,阿莎算法是为3D接触角测量而生的。

那么,在常规的接触角测量已经可以基本满足测量的条件下,为什么需要测试3D接触角值呢?

3D接触角测量仪

第一、常规的接触角测量仪测试所得的接触角值事实上无法全面表征固体材料的性质,只是随机性的测量的假设对称条件下的样品的接触角值,这个值在水稻这样的存在各向异性的接触角情况下,可能偏差值超过10度以上。

第二、3D接触角测量仪的应用更符合实际:

(1)3D接触角测量值如果出面各位置角度值偏差小于2度,说明材料的性质比较稳定。相当于3D接触角测量仪比常规的接触角测量仪在测值的准确性方面由于测试视角的多向性而提升了精度外和可靠性之外,额外的可以分析得出材料的性质与均匀度。

(2)对于特殊的应用而言,在仿生材料研究中,我们可以制造3D接触角偏差超过10度,甚至更高的材料表面结构,以形成水滴或液滴的定向流动或特殊应用。

(3)对于测试清洗效果而言,3D接触角可以通过一滴水滴即可完成固体表面清洁度的评估。而不像其他常规的水滴角测量设备,通过非常多的水滴才可以评估出效果。况且,很多的位置滴不同的水滴在常规接触角测试采用圆或椭圆拟合时,重复性导致的误差与清洁度的误差的判断均存在问题。

推荐一款3D接触角测量仪

   
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(也称接触角测试仪、接触角测定仪以及接触角仪或水滴角测试仪、水滴角测量仪)、表面张力仪以及界面张力仪,
界面化学分析仪器可用于分析接触角,表面张力,界面张力等物性。同时上海梭伦可为用户提供
全套TOF相机解决方案,包括芯片、模组、模块以及TOF相机,可应用于工业以及实验室场景。