材料接触角测试仪

一. 前言

众所周知，纳米材料科学与工程已经成为性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。

二. 仪器介绍

本公司仪器采用现代化工艺制造，仪器采用先进的专用CMOS数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、左右、前后等方向移动。实现微量进样及上下、左右精密移动。同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。软件搭配修正功能，测量多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需。适用于各种行业测定接触角的用户。

一. 接触角的计算方法

对于理想的平面固体表面，当液滴在表面达平衡后。只有一个符合Young方程的接触角。但实际固体表面是非理想的，因而会出现滞后现象，致使接触角的测量往往很难重复。但经过精心制备和处理的表面，有可能得到较重复的数据，特别是高分子的表面。表面的制备和处理的目的是要得到较光滑、干净的理想表面，但具体的工艺因样品而异，这里不作更多的介绍。这里主要介绍一些常用的接触角测定方法，它们都是针对气—液—固体系的接触角而设计的。但其中有些方法，只需略加修改，亦适用于液—液—固体系接触角的测定。测定接触角有多种方法，可根据直接测定物理量分为四类：⑴ 静滴法（角度测量法）、⑵ 高度、长度测量法⑶ 力测法⑷ 透过测量法。前三种适用于连续的平滑固体表面，后一种方法可用于粉末固体表面接触角的测定。

（一）量角法

液滴角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一，如图3（a，b）所示。该方法是将固体表面上的液滴，或将浸入液体中的固体表面上形成的气泡投影到屏幕上，然后直接测量切线与相界面的夹角，直接测量接触角的大小。

如果液体蒸气在固体表面发生吸附，影响固体的表面自由能，则应把样品放入带有观察窗的密封箱中，待体系达平衡后再进行测定。此法的优点是：样品用量少，仪器简单，测量方便。准确度一般在土1^o左右。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的变形可以忽略不计，这时的躺滴可认为是球形的一部分，如图4所示。接触角可通过高度的测量按下式计算：

式中h是液滴高度，d是滴底的直径。若液滴体积小于10^-4mL，此方法可用。若接触角小于90^o，则液滴稍大亦可应用。

（三）仪器测量方法

1.接触角多元化分析方式：全自动拟合法，半自动拟合法，手动水平测量，手动斜面测量；

2.多元化软件计算方法：圆环拟合法(40度以下)；椭圆拟合法(40-120度)；Young-Lapalacer拟合法(120度以上)；

3.的表面自由能计算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（软件中预装部分液体数据库，可扩展）；

4.一键式软件测量操作： 【按空格键】--打开摄像头； 【按1键】--的控制滴液；【按2键】--高精度的进行全自动测量；

5.不规则产品测量拓展：凹凸面测量，曲面测量，滚动角测量,前进角后退角测量，高温接触角测量；

6.高速拍照方式：单张/连续/录像；录像任意电影单张导出；录像视频可自动快速测量；

7.细致化数据库管理：导出Excel表格数据 word图片数据；图片文字显而易见。

二. 接触角测量方法

1.座滴法（sessile drop）；

2.悬滴法（pendant drop）；

3.薄膜法（lamella method）；

4.掳泡法（Captive bubble method）；

5.包覆纤维法（wetted fiber）；

6.纤维座滴法（sessle fiber drop）；

7.附着滴法（captive bubble）；

三. 表面张力的测定

利用悬滴法研究表（界）面张力的想法在19世纪末就提出来了，但一个有实用价值的研究是1937年Andreas等的工作，他们比较了用过的五种方法的优劣，提出用选面法确定悬滴外形参数的方法。Andreas令：

式中d_c是悬滴外形的直径，d_s是与悬滴底部顶点的垂直距离等于d_c处的直径，如图6所示，β和b分别是Bashforth－Adams方程中的形状因子和大小因子。

第四章  技术指标

一. 仪器精度参数

（一）接触角测量范围：0-180^0.

（二）接触角测量精度：±1^0.

（三）表界面张力测量范围：0-1000mN/m；测量精度：0.01 mN/m。

（四）高精度自动滴液系统：高精密工业微量注液泵；滴液精度：0.01ul;最小滴液量：0.08ul。

（五）接触角高精密仪器校准片：接触角圆形角度校准标准片3°、5°、8、60°、90°、120°；椭圆形角度校准标准片115°。

二. 主机部件

（一）主机外形尺寸：790mm（长）*310mm(宽)* 580mm(高)；

（二）主机净重：28kg；

（三）工作台面尺寸：150mm*120mm；

（四）工作台移动：上下50mm; 左右50mm; 前后30mm；

（五）样品台尺寸：12寸；

（六）进样器移动：上下100mm；左右100mm.；

（七）显微镜移动：前后80mm（微调3mm）；

（八）显微镜：高清远心变倍变焦显微镜；

（九）光学系统：高速工业级芯片；25帧/60帧/150帧/300帧/秒；

（十）镜头角度可调试：仰视；平视；俯视；

（十一）光源：LED蓝色工业级冷光源；

（十二）为了保证图像的清晰度，不得采用USB2.0接口；

（十三）电源及功率：220V/ 60HZ   300W