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接觸角測量儀的核心—接觸角的計算方法1
在材料表面上附著的液滴會呈現(xiàn)出一定形狀,，這個形狀取決于固體-液體-氣體界面之間的張力平衡,。1805年Young首先提出了一個方程描述這個平衡態(tài),，從此接觸角測量就成為評價液體對固體表面潤濕的經(jīng)典方法,。
20世界末期隨著電腦計算速度和高分辨率相機性能的不斷提高,，光學接觸角測量儀器完成了自動化和商品化,。從此測量接觸角成為操作方便結(jié)果可靠的實驗手段,。但是有不少用戶對于接觸角測量的方法仍存在誤解,，認為接觸角測量儀不過是自動化的數(shù)碼量角器而已。
實際上接觸角值是通過測量液滴輪廓在三相接觸點處的一階導數(shù)即切線的斜率而得到的,，而三相接觸點附近的液滴輪廓會受到各種光線的干擾,，或者由于材料不夠平整遮掩住三相接觸點附近的輪廓。所以光學法接觸角測量并不是對數(shù)碼照片上的某個夾角直接測量而得到的,，而是使用不同的數(shù)學模型擬合液滴輪廓,，再通過計算得到的。
較為簡單的模型就是球模型,。球模型是把液滴的形狀假定為球體的一部分,，那么其截面形狀就是圓形的一部分。在此圓形的三相接觸點處求解一階導數(shù)即可計算出接觸角數(shù)值,。球模型的缺陷在于沒有考慮重力對液滴形狀的影響,。嚴格來講在固體表面上任何液滴在重力作用下形狀都會偏離球形，體積越大偏離越多,，密度越大偏離越多,，接觸角數(shù)值越大偏離越多。通常情況下如果液滴體積小于3微升,，接觸角值小于30°,，才可以考慮使用球模型計算,。目前常見的Circle法，Width/Height法,，θ/2法都是基于球模型的計算方法,。
二次曲線模型是考慮到在重力作用下液滴會被壓扁，所以采用了包括圓方程,、橢圓方程在內(nèi)的廣義的二次曲線模型來擬合液滴中心截面的輪廓,。此方法通用性較廣，測量的理想范圍從10°左右到130°左右,，測量精度較高,。
Laplace-Young模型是把重力和密度對液滴形狀的影響定量計算在內(nèi)的準確算法。為了求解此方程需要引入中心軸對稱的假設,。如果液滴是中心軸對稱的,，Laplace-Young模型是此時的準確算法。如果液滴的接觸角在100°以上,，那么它會比較符合軸對稱的前提,。接觸角越大則軸對稱性越好，計算得到的接觸角數(shù)值越準確,。當接觸角大于150°時,，Laplace-Young模型甚至是wei一正確的算法。通常接觸角大于60°時就可以考慮選擇此算法,，接觸角值大于120°時,，測量的準確性會相當理想。
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