表面清潔度測(cè)試儀器定義: |
表面清潔度測(cè)試儀器器是一種借用特定測(cè)試技術(shù)來分析物體表面的清潔程度的儀器.通常而言,表面清潔度測(cè)試儀器器有兩種,一種為稱重法清潔度分析儀,另一種就是借用特定物體的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表面清潔度分析的儀器.這種儀器我們通常稱為接觸角儀技術(shù).而接觸角儀是指用于測(cè)量固體表面自由能的測(cè)量/測(cè)定儀器,,通過白金板法、懸滴法,、插板法等原理,,實(shí)現(xiàn)固體表面自由能的表現(xiàn)之一接觸角值的測(cè)量。同時(shí),,利用軟件技術(shù),,可能測(cè)得動(dòng)態(tài)接觸角值,如前進(jìn)角/后退角,、傾斜角,、滾動(dòng)角等以及隨時(shí)間變化的接觸角測(cè)試等。 |
稱重法的優(yōu)缺點(diǎn): |
稱重法通常應(yīng)用的精密軸承的會(huì)非常多,但通常是用于測(cè)試無機(jī)粉塵的污染.而對(duì)于有機(jī)的污染有時(shí)會(huì)相對(duì)而言比較難,。雖然具有操作方便的優(yōu)點(diǎn),但稱重法由于小稱重與量程的問題而影響到用戶的使用.這是一個(gè)兩難處境. |
接觸角分析技術(shù)下的表面清潔度儀是如何工作的 |
我們可以通過測(cè)定接觸角值來分析固體的表面自由能(surface energy, γ),。但為測(cè)定表面自由能,我們必須選擇一個(gè)符合要求的固液體系以及一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,。但是,,有時(shí)候我們可能不需要這么復(fù)雜,因?yàn)?,我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)簡單的用二次蒸餾水相對(duì)于固體表面的接觸角值就可以相應(yīng)的描述出我們需要的這個(gè)固體的物理化學(xué)性質(zhì),。這是由于,大多數(shù)情況下,,由于污染物的存在,,我們所測(cè)得的表面自由能值也會(huì)不一樣。特別是當(dāng)存在有機(jī)污染物時(shí),,這個(gè)現(xiàn)象就更為明顯,。而這些污染物恰恰是我們想方設(shè)法將他清潔掉的。如下所圖所示: |
1,、為何污染物能夠改變接觸角值呢,?
θ????? : 接觸角 平衡接觸角與三個(gè)界面自由能之間有如下關(guān)系: γS=γL?cosθ+γSL |
通常情況下,一個(gè)普通的表面暴露在空氣中(不是在真空環(huán)境下),,其表面自由能會(huì)從73降低到18.您可以看一下,,其表面自由能的變化值。 |
采用接觸角測(cè)試技術(shù)測(cè)試時(shí)的基本原理:接觸角測(cè)試原理 |
因?yàn)闇y(cè)試技術(shù)不同,,我們通常能夠找到多種方法測(cè)試接觸角。而應(yīng)用這些接觸角測(cè)試技術(shù),,我們的生產(chǎn)廠就能夠生產(chǎn)出各種原理的,。 |
1、影像分析法(角測(cè)量儀Goniometry): |
影像分析法是通過滴出一滴滿足要求體積的液體于固體表面,,通過影像分析技術(shù),,測(cè)量或計(jì)算出液體與固體表面的接觸角值的簡易方法。作為影像分析法的儀器,,其基本組成部分不外乎光源,、樣品臺(tái),、鏡頭、圖像采集系統(tǒng),、進(jìn)樣系統(tǒng),。簡單的一個(gè)影像分析法可以不含圖像采購系統(tǒng),而通過鏡頭里的十字形校正線去直接相切于鏡頭里觀察到的接觸角得到,。 |
影像分析法的優(yōu)點(diǎn) |
影像分析法可使用環(huán)境遠(yuǎn)高于力測(cè)量法,我們可以容易測(cè)得各種外形品的接觸角值,。而力測(cè)量法對(duì)于材質(zhì)的均勻度以及平整性均有較高的要求,。我們更可以用于測(cè)試高溫條件下的樣品的表面張力值,如融化后的聚合物,。這就是影像分析法的優(yōu)點(diǎn),,不過影像分析法的缺點(diǎn)也很明顯。 |
影像分析法的缺點(diǎn) |
(1)影像分析法的主要缺陷在于人為誤差較大,。 這種缺陷主要是由于:*,、接觸角切線的再現(xiàn)能力較差,主要是因?yàn)槭褂谜叩娜藶榕袛嗾`差所致,;第二,、水平線的確認(rèn)較困難,而水平線的高低不同,,導(dǎo)致的結(jié)果也會(huì)有較大誤差,。 以上缺陷作為彌補(bǔ)辦法,SL系列采用軟件全自動(dòng)分析方法計(jì)算接觸角值,。但這種方法也會(huì)受限于測(cè)試區(qū)域內(nèi)是否有雜點(diǎn),。同時(shí),SL系列采用高精度升降臺(tái),控制樣品臺(tái)水平線與軟件水平線的一致,,以硬件方式提升水平線的識(shí)別能力,。但是,這種硬件校正水平線也會(huì)因樣品不同,,有時(shí)也會(huì)存在水平線無法觀察到的現(xiàn)象,。 (2)影像分析法在前進(jìn)后退角測(cè)試過程中,樣品進(jìn)樣過程的重復(fù)性較差,。 液滴移轉(zhuǎn)過程中,,我們通常會(huì)這次進(jìn)樣多,這次進(jìn)樣少,,而這樣的量的變化同樣會(huì)導(dǎo)致接觸角測(cè)量值的變化,。相對(duì)于力測(cè)量法測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角而言,這種缺陷是非常明顯的,。 (3)影像分析法無法測(cè)試?yán)w維接觸角和粉體接觸角值 |
2,、插板法: |
也稱傾板法,其原理是固體板插入液體時(shí),,只有板面與液體的夾角恰好為接觸角時(shí)液面才直平伸至三相交界處,,不出現(xiàn)彎曲。如下圖B所示,。否則,,液面將出現(xiàn)如圖A或C所示的彎曲現(xiàn)象。因此,,改變板的插入角度直至液面三相交界處附近無彎曲,,這時(shí),板面與液面的夾角即為接觸角,。斜板法避免了作切線的困難,,提高了測(cè)量的精度,但突出的缺點(diǎn)是液體用量較多,。這在許多情況下妨礙了它的應(yīng)用,,且,他只能測(cè)試接觸角小于90°的樣品,。 這就是這種原理的,。 |
3,、力測(cè)量法(Tensiometry): |
這種方法有時(shí)也被稱為Wilhelmy板法測(cè)接觸角,,應(yīng)用這種方法的主要是采用測(cè)試系統(tǒng)的。通常通過軟件系統(tǒng)的增加,,實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸角測(cè)試,,在實(shí)際儀器采購中,通常為使用(Surface Tensiometer)中的稱重傳感器,,同時(shí)借助軟件分析來實(shí)現(xiàn)測(cè)量接觸角的目的,。 |
力測(cè)量法(Tensiometry)的優(yōu)點(diǎn) |
(1)力測(cè)量法(Tensiometry)通過不斷的升降板,,我們可以測(cè)得整個(gè)樣品的平均接觸角值,。 |
力測(cè)量法(Tensiometry)的缺點(diǎn) |
(1)力測(cè)量法(Tensiometry)首先得有足夠的液體量讓樣器浸入; |
4,、透過測(cè)量法: |
主要用于測(cè)量粉體接觸角等的,。這種的基本原理是:在裝有粉末的管中固體粒子間的間隙相當(dāng)于一束毛細(xì)管。毛細(xì)作用使可潤濕固體粉末表面的液體透入粉體柱中,。由于毛細(xì)作用取決于液體的表面張力和對(duì)固體的接觸角,,故測(cè)定已知表面張力液體在粉末柱中的透過性可以提供液體對(duì)粉末的接觸角的知識(shí)。在具體應(yīng)用中,,我們又把它分為透過高度法(又稱透過平衡法)和透過速度法兩種,。 |
接觸角分析技術(shù)概括 |
我們選用的常用的通常為影像分析法,。而至于透過高度和稱重法均為,其應(yīng)用非常明顯,。如您測(cè)試的是纖維的接觸角值,、想用稱重法測(cè)接觸角值,那么您選購一臺(tái)由表面張力測(cè)試技術(shù)(液體表面張力儀)的表面張力儀即可,,如BZY-3型(國產(chǎn)儀器,,關(guān)鍵部分為進(jìn)口技術(shù)的傳感器)或K100(德國)或SIGMA700型(芬蘭)。而本文中,,我們重點(diǎn)給您談的接觸角分析技術(shù)是影像法中接觸角的分析技術(shù),。而這個(gè),恰恰是以來被客戶所忽視的,。 我們通常說選購一臺(tái),,就以為其一定會(huì)采用什么什么分析技術(shù),但是由于技術(shù)實(shí)力的因素,,事實(shí)上,,與之間,也會(huì)因接觸角分析技術(shù)的存在而相當(dāng)很遠(yuǎn),。我們希望您能夠認(rèn)真的研究一下下面我們的陳述,。或許對(duì)您選購有相當(dāng)幫助,。 一,、概述 200年來,潤濕現(xiàn)象作為科學(xué)研究引起了科研工作者很多關(guān)注,,特別是近年粉體科學(xué),,納米科學(xué)的發(fā)展,為潤濕現(xiàn)象的研究提供了更廣泛的學(xué)術(shù)氛圍,。1805年,,楊(Thomas Young)提出了楊氏三角方程為我們研究潤濕現(xiàn)象,特別是固體材料的表面,、界面現(xiàn)象提供了為有用的科學(xué)工具,。 但是,作為潤濕現(xiàn)象的一種研究方法,,接觸角的研究以來一直停留在某個(gè)階段,。從儀器開發(fā)商的角度而言,上海梭倫科技基于服務(wù)國內(nèi)外應(yīng)用的客戶的經(jīng)驗(yàn),,提升我們的研究實(shí)力,,現(xiàn)自主開發(fā)了CAST3。0版本的接觸角分析軟件,。作為軟件分析的者,,上海梭倫科技在接觸角分析領(lǐng)域取得了舉足的,。 二、接觸角分析技術(shù)所依據(jù)的成像硬件,。 硬件的設(shè)計(jì)主要影響到接觸角分析過程的成像效果,。通常,我們認(rèn)為,,機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)影響到操作的簡易性及二次污染程度,。比如,是否由于手接觸角樣品而影響到接觸角的測(cè)值,;操作儀器是否會(huì)人性化等,。更為關(guān)鍵的是光源控制和CCD與鏡頭的結(jié)合程度。這些是影響到接觸角測(cè)值的關(guān)鍵因素,。但是,,正是在這些基本的設(shè)計(jì)上,國內(nèi)外的的設(shè)計(jì)就大相徑庭,。 三,、接觸角分析技術(shù)的發(fā)展階段 接觸角分析技術(shù)指成像后對(duì)圖像進(jìn)行分析并測(cè)值接觸角值的技術(shù)。以來,,接觸角分析技術(shù)一直沒有得到廣大用戶的重視,。但是,在主機(jī)設(shè)計(jì)的簡易性與成像效果解決的前提下,,接觸角分析技術(shù)恰是的核心,,可以說,接觸角分析技術(shù)是核心的核心,。 *階段:以小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù),。 1953年左右為開始階段的接觸角分析技術(shù)通常均采用小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù)。這種技術(shù)國外稱為θ/2法,,國內(nèi)稱為量高法,。其基本假設(shè)為,液滴在固體表面呈現(xiàn)的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球冠,,成像系統(tǒng)所得為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的弧形,。此時(shí),,接觸角(切線與底邊的夾角)正好可以通過計(jì)算弧形的高度與寬度后取反三角函數(shù)取得,。 本項(xiàng)技術(shù)由于操作簡便性而得到了廣大儀器廠商的廣泛采用。而作為儀器而言,,本階段的儀器在的通稱上應(yīng)該定義為角度分析儀或量角器,。目前常見的儀器(不包括上海梭倫)即在這個(gè)階段,我們僅僅能夠稱之為量角器而已,。談上分析接觸角值的精度,,如一些廠家標(biāo)稱的0.01度的精度,,這是不可能的事情。我們認(rèn)為,,這個(gè)方法僅僅能夠做到1度的誤差,,且這是在15度以上,15度以下的接觸角值時(shí),,誤差通常為2度左右,。所測(cè)接觸角值越低,這個(gè)誤差也就越大,。接觸角值越大,,這個(gè)誤差就越小。 如果客戶現(xiàn)在選購,,可能還必須考慮一下采用的中是否含有本方法,。這主要是因?yàn)楹芏鄥⒖嘉墨I(xiàn)中事實(shí)上就是以本方法來測(cè)值并公布數(shù)據(jù)的。 但是,,這種方法的缺點(diǎn)是非常顯然的,。 *、無法更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)值,。自動(dòng)化測(cè)值的關(guān)鍵技術(shù)在于敏感點(diǎn)的找得,。而敏感點(diǎn)因成像的不同而會(huì)有不同的呈現(xiàn)。作為儀器廠商,,上海梭倫科技CAST2,。0解決了敏感點(diǎn)找得的90%的技術(shù),已經(jīng)于世界,。在LCD,、薄膜、玻璃等表面,,CAST2,。0已經(jīng)解決了自動(dòng)測(cè)得接觸角難點(diǎn)。 第二,、是否是球冠受重力影響,。液體量的大小不同受的重力不同,直接影響到球冠的符合程度,。事實(shí)上,,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者均不會(huì)接受這個(gè)小球冠的假設(shè)。而我們認(rèn)為,,如果考慮重復(fù)性,,建議客戶考慮幾次液滴的量的控制,這樣至少可以理論上認(rèn)為幾次的成形是一致的。 第三,、像素多少直接影響到測(cè)值的精度,。通常國內(nèi)許多廠商采用低分辨率的成像系統(tǒng),會(huì)直接影響到這個(gè)計(jì)算精度,。 作為量高法的一個(gè)變換,,上還有一種方法,角度分析法,。國內(nèi)稱為量角法,。這種方法是直接以一個(gè)十字形去靠液滴而得到角度。他們或同量高法或同角度分析,,但不會(huì)改變其本質(zhì),,即仍建立在小球冠假設(shè)的基礎(chǔ)。且這種方法誤差較大,,只能是原始的角度儀的代稱,。 第二階段:簡單擬合曲線的接觸角分析技術(shù) 本階段的特點(diǎn)正突出在認(rèn)識(shí)到了小球冠假設(shè)有失效性,試圖通過擬合曲線來分析接觸角值,。德國和日本均采用過本技術(shù),,包括:(1)切線法;(2)大圓符合法,。 第三階段:Young-Laplace曲線擬合法接觸角分析技術(shù) 第四階段:復(fù)雜的圖像擬合技術(shù)與液滴輪廓分析技術(shù) 同時(shí),結(jié)合原有接觸角分析技術(shù),,上海梭倫科技研究出了一種基于液體體積與接觸角液滴的直徑而計(jì)算得出接觸角值的技術(shù),。這個(gè)技術(shù)能夠解決小接觸角測(cè)試問題。通常精度可以達(dá)到0.04度。 四,、現(xiàn)有應(yīng)用的接觸角分析技術(shù)分析
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精度問題 |
測(cè)試精度受基準(zhǔn)水平線確認(rèn)的性影響 |
無論您愿意與否,水平基準(zhǔn)線的問題將會(huì)影響到接觸角測(cè)試的整個(gè)過程,。而測(cè)試過程中決定水平線的關(guān)鍵在于如下幾個(gè)方面: (1)良好的影像采集技術(shù),; (2)良好的光學(xué)系統(tǒng);(3) 訓(xùn)練有素的操作者,。 但無論如何,,確定好水平線,是測(cè)值的為關(guān)鍵的一步,。 |
測(cè)值精度受表面潔凈度與均勻度影響 |
樣品表面潔凈度是我們應(yīng)該關(guān)注的一個(gè)問題,。這個(gè)問題上面我們討論了很多,但必須一而再的提出,。您可以多點(diǎn)測(cè)值,,看看是否不一樣,若誤差較大,,則說明表面肯定存在問題,。 |
測(cè)值時(shí)應(yīng)考慮動(dòng)平衡(接觸角滯后現(xiàn)象)以及溫度對(duì)接觸角測(cè)值的影響等因素。 |
對(duì)于采用各種測(cè)定接觸角的方法的,,使用時(shí)都必須注意以下兩個(gè)因素:平衡時(shí)間和恒定體系溫度,。由于存在動(dòng)界面張力效應(yīng),,平衡時(shí)間不足自然就會(huì)引起接觸角變化,導(dǎo)致動(dòng)接觸角現(xiàn)象,。不過,,對(duì)于一般低粘度的液體,達(dá)到平衡較快,,采用通常的實(shí)驗(yàn)操作即可得到平衡值,。只在液體粘度較大時(shí)注意足夠的平衡時(shí)間,。又因?yàn)榻缑鎻埩﹄S溫度而變,,接觸角理當(dāng)受溫度變化的影響。對(duì)于一般體系,,在室溫附近d θ/dT的值為0-0.20°/K,。故溫度的影響并不嚴(yán)重。1-2K的溫度變化對(duì)接觸角的影響??珊雎圆挥?jì),。這些因素在采購和應(yīng)用的過程中均應(yīng)受到使用單位的注意,否則接觸角測(cè)值產(chǎn)生的各種變化而體現(xiàn)在測(cè)試具體數(shù)據(jù)中的變化,,有可能使得你無法理解,,也可能無法正確分出的重復(fù)性程度。 |
選購注意事項(xiàng) |
的選購關(guān)鍵是看客戶的應(yīng)用,。具體選購時(shí)我們建議客戶考慮如下幾個(gè)方面: |
1,、選購概括 |
結(jié)合我們的行業(yè)經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為的選購?fù)ǔ8爬ǘ钥梢詮娜缦聨讉€(gè)方面總體入手,。 *,,您想完成什么測(cè)試目的?您的樣品尺寸及形狀是怎樣的,? 第二,,您了解的接觸角測(cè)試技術(shù)有哪些?這些技術(shù)您可能通過如下陳述基本有所掌握,。 第三,,您對(duì)供應(yīng)商是否了解? 第四,,您的預(yù)算如何,?
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2、使用需求和精度要求 |
的精度不能一概機(jī)而論,,采用不同方法的有不同的精度,。正像前面描述的一樣,不同方法的均有其用途和精度,,關(guān)鍵是視客戶的具體應(yīng)用需求而定,。但總體而言,,的精度主要體現(xiàn)在有效像素?cái)?shù),光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性等各個(gè)方面,。具體建議客戶可以試測(cè)部分樣品后再?zèng)Q定采購何種,。 同時(shí),由于的主機(jī)設(shè)計(jì)并非對(duì)所有樣品都適合,,所以,,你一定要考慮到您的樣品的本身。如: (1)您的樣品的尺寸大小,,有時(shí),,大樣品對(duì)于的標(biāo)準(zhǔn)配備是不適合的。您一定要記得與您的供應(yīng)商談一下您的樣品尺寸,,包括大小,,厚度等。如石油系統(tǒng)測(cè)試巖心的接觸角值,,您一定要與供應(yīng)商溝通,。通常的的樣品臺(tái)是無法支持的。 (2)您的樣品的外形,。接觸角測(cè)值通常受您的樣品的外形有一定的影響,。如您的樣品是曲面是,通常需要校正曲面,,如您的樣品是一個(gè)杯形的內(nèi)孔,,那么您只能選購上海梭倫科技提供的技術(shù)。這個(gè)技術(shù)*沒有一家公司掌握,。
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3,、從組成開始談選購 |
首先,我們有必要描述一下影像分析法的系統(tǒng)構(gòu)成: |
4,、代理商的資格更為關(guān)鍵 |
作為進(jìn)口,采購時(shí)我們一定要考察其代理商的技術(shù),。否則,,售后服務(wù)不一定能夠得到。有些代理商僅僅一個(gè)銷售人員,,他們租了個(gè)店面就想完成的服務(wù),,我們認(rèn)為這是肯定不夠的,。畢竟這是儀器啊。 |
進(jìn)口儀器與國產(chǎn)儀器區(qū)別 |
本來的文章中涉及到區(qū)別,,但是考慮到操作中事實(shí)上的生產(chǎn)中,,不能的說出有哪些儀器真正是好的,哪些儀器是不好的,。我們只能簡單的說成,,仁者見仁,智者見智吧,。 但是,,有如下幾點(diǎn)意見供您參考,你可以綜合考慮一下: 1,、您的預(yù)算是否足夠,。如果您的預(yù)算夠有30萬左右,那么您考慮壹臺(tái)進(jìn)口的也是一樣不錯(cuò)的選擇,。但如果您有這個(gè)費(fèi)用,,又想采購壹臺(tái)比較有技術(shù)含量的儀器,我建議您考慮一下上海梭倫(這是一個(gè)小算盤,,僅供您參考,,如有不同意見請(qǐng)來電與我們一起討論),。如果您的預(yù)算只有5萬以內(nèi),,那么您只能考慮國產(chǎn)的儀器了。 2,、您的測(cè)試需求是怎樣的,。 事實(shí)上,這個(gè)我們已經(jīng)多次講了,。但這個(gè)對(duì)您選購儀器非常重要,。有時(shí),您的測(cè)試需求有可能根本是一個(gè)非常簡單的需求,,那么何苦化這錢買個(gè)貴的進(jìn)口儀器,。當(dāng)然,排除您是一定相信國外的一定是好的儀器的信念,。 3,、再次看一下我們上面提供的一些信息,肯定對(duì)您有幫助的,。 |
上海梭倫科技重大聲明,。以上資料為我公司*提供技術(shù),如在技術(shù)發(fā)布過程中,,涉及到任何可能的侵權(quán),。請(qǐng)立即與我們,。但是,如果您想在您的技術(shù)資料,,應(yīng)用資料或文章中部分或全部引用我們的本文章的內(nèi)容,,那么,請(qǐng)寫上資料的出處,。我們認(rèn)為,,這是對(duì)上海梭倫工作的支持,也是對(duì)表面科學(xué)在中國發(fā)展的支持,。 |
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