接觸角(Contact angle)是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線(xiàn),此切線(xiàn)在液體一方的與固-液交界線(xiàn)之間的夾角θ,便攜式接觸角測量?jì)x是現今表面性能檢測的主要方法。接觸角測量?jì)x是采用光學(xué)成像的原理,通過(guò)圖像輪廓分析方式測量樣品表面接觸角、潤濕性能、表面能等性能,手持式接觸角測量?jì)x是一款適用于室外及大尺寸樣品表面性能測試的設備,該設備體積小、方便攜帶、性?xún)r(jià)比高。
一、測量原理:
如上圖、接觸角測量?jì)x主要由光源、注射單元、采集系統、分析軟件四大部分組成,設備采用光學(xué)成像的原理。
光源采用密集LED冷光設計,發(fā)光均勻,圖像清洗,壽命長(cháng);
注射單元采用手動(dòng)旋鈕式滴液,滴液穩定,精度高;
采集系統采用微型工業(yè)級顯微鏡,CCD相機,拍攝穩定,圖像清晰,真實(shí)可靠,鏡頭采用德成像無(wú)畸形失真;
分析軟件功大,具備一鍵式全自動(dòng)擬合能力,滿(mǎn)足各種液滴形態(tài)的擬合;
二、技術(shù)規格:
便攜式接觸角測量?jì)x主機 | |
外形尺寸 | 135mm(長(cháng))*72mm(寬)* 120mm(高) |
重量 | 1.16KG |
電源 | 220V / 60HZ |
光源系統 | |
光源 | 密集的LED可調節白色基調工業(yè)級冷光源 |
壽命 | 使用壽命達貳萬(wàn)伍仟小時(shí)以上 |
注射單元 | |
注射器 | 配套高精密石英注射器、容量250μL |
滴液 | 手動(dòng)控制進(jìn)液,精度可達0.2μL |
注射單元移動(dòng) | 上下20mm; 左右15mm |
采集系統 | |
CCD | 高速工業(yè)級芯片、25幀/S、130W像素 |
鏡頭 | 微型高清工業(yè)級顯微鏡 |
采集系統調節 | 5mm微調、視角角度可調(平視、俯視、仰視等多視角觀(guān)察) |
分析軟件 | |
接觸角測量范圍 | 0-180° |
接觸角測量精度 | ±0.1° |
表面張力測量范圍 | 0-2000mN/m |
表面張力測量精度 | 0.01 mN/m |
分析軟件功能 | 1、接觸角測量分析軟件自動(dòng)擬合法(一鍵自動(dòng)擬合, 不存在人工誤差)包括:圓法擬合、橢圓/斜 橢圓擬合法、LY、微分橢圓法/微分圓法; 2、動(dòng)態(tài)接觸角擬合(批量擬合多張圖像)包括:潤濕性能測試 )、視頻連續擬合計算
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液體在固體材料表面上的接觸角, 是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數。通過(guò)接觸角的測量可以獲得材料表面固-液、固-氣界面相互作用的許多信息。接觸角測量技術(shù)不僅可用于常見(jiàn)的表征材料的表面性能, 而且接觸角測量技術(shù)在石油工業(yè)、浮選工業(yè)、醫藥材料、芯片產(chǎn)業(yè)、低表面能無(wú)毒防污材料、油墨、化妝品、農藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領(lǐng)域有著(zhù)應用。
若θ<90°,則固體表面是親水性的,即液體較易潤濕固體,其角越小,表示潤濕性越好;若θ>90°,則固體表面是疏水性的,即液體不容易潤濕固體,容易在表面上移動(dòng)。至于是否液體能進(jìn)入毛細管,這個(gè)還與具體液體有關(guān),并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細管。
潤濕過(guò)程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上,當達到平衡時(shí),形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式:
γSV= γSL+ γLV×cosθe
由它可以預測如下幾種潤濕情況:
1)當θ=0,*潤濕;
2)當θ﹤90°,部分潤濕或潤濕;
3)當θ=90°,是潤濕與否的分界線(xiàn);
4)當θ﹥90°,不潤濕;
5)當θ=180°,*不潤濕。
毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。
浸潤液體上升,接觸角為銳角;不浸潤液體下降,接觸角為鈍角。
上升高度h=2*表面張力系數/(液體密度*重力加速度g*液面半徑R)。
上升高度h=2*表面張力系數*cos接觸角/(液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r)。
潤濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開(kāi)采、紡織印染、農藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。
外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過(guò)顯微鏡頭與相機獲得液滴的外形圖像, 再運用數字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來(lái).
計算接觸角的方法通?;谝惶囟ǖ臄祵W(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過(guò)測量特定的參數如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系,可用來(lái)準確地描述一軸對稱(chēng)的液滴的外形輪廓,從而計算出其接觸角。