接觸角測量儀是一種高精度的表面分析儀器,能夠準確完成接觸角、滾動角、表面自由能及表界面張力等多項關鍵參數的測量。
1. 接觸角(Static Contact Angle)
定義:液滴在固體表面的切線與固-液交界線的夾角,反映材料的潤濕性能。
測試方法:
座滴法(Sessile Drop Method):通過微量進樣器精確控制液滴體積,高速相機捕捉液滴輪廓圖像;軟件基于Young-Laplace方程自動擬合計算角度值,精度可達±0.1°。
增/減體積動態法:連續改變液滴大小觀察角度變化趨勢,用于研究非理想表面的滯后現象。
應用意義:判斷材料親疏水性、涂層均勻性評估、表面改性效果驗證等。例如,手機玻璃鍍膜后的防指紋特性即依賴高接觸角設計。
2. 滾動角(Tilting Angle / Roll-off Angle)
操作流程:緩慢傾斜樣品臺直至液滴開始滾動瞬間的角度即為滾動角,量化表面的粗糙度或異質性。
典型用途:區分超疏水狀態(極低滾動角)與普通疏水狀態;評估自清潔表面的有效性——如荷葉效應葉片表面的微小傾角即可使水滴脫落帶走污垢。
3. 表面自由能(Surface Free Energy, SFE)
理論模型:依據Owens-Wendt-Rabel & Kaelble (OWRK)模型,通過測量兩種不同極性液體的接觸角數據,解算得到色散分量和極性分量之和即為總表面能。
實驗要點:需選用已知表面張力的標準液體系,并確保樣品前處理一致性(如UV清洗、等離子處理)。該指標直接影響粘接強度、印刷適性等領域的材料選擇。
4. 表界面張力(Interfacial Tension)
實現方式:采用懸滴法,將一滴液體懸掛于注射器針頭下方形成完*球冠形狀,利用Bashforth-Adams表計算界面張力值。相比傳統環法,此方法避免機械擾動帶來的誤差。
行業價值:日化品乳化穩定性控制、石油采收率優化中的驅替效率測算均依賴此項數據。
二、接觸角測量儀確保測量可靠性的關鍵要素
1.樣本制備規范
固體樣品需經超聲清洗去除油污后氮氣吹干;粉末狀試樣應壓片成型保證平整度。對于吸水性材質,建議在干燥器內預處理平衡濕度。
2.環境干擾排除
避免氣流擾動導致的液滴顫動(可在防風罩內操作);溫度波動會影響液體粘度進而改變接觸角讀數,精密實驗應在±0.5℃穩定環境中開展。
3.校準驗證機制
定期使用標準物質標定系統誤差:如用去離子水校準零點,或采用認證的標準片。
