接觸角計(jì)定義: |
用于測(cè)量固體表面自由能的測(cè)量/測(cè)定儀器,,通過(guò)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。 |
接觸角計(jì)測(cè)試基本原理 |
接觸角計(jì)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)出各種原理的接觸角計(jì),。 |
1,、影像分析法(角測(cè)量?jī)xGoniometry)接觸角計(jì): |
影像分析法是通過(guò)滴出一滴滿(mǎn)足要求體積的液體于固體表面,通過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)單的一個(gè)影像分析法可以不含圖像采購(gòu)系統(tǒng),,而通過(guò)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。 |
影像分析法接觸角計(jì)的優(yōu)點(diǎn) |
影像分析法接觸角計(jì)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)量法接觸角計(jì)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。這就是影像分析法接觸角計(jì)的優(yōu)點(diǎn),,不過(guò)影像分析法接觸角計(jì)的缺點(diǎn)也很明顯,。 |
影像分析法接觸角計(jì)的缺點(diǎn) |
(1)影像分析法接觸角計(jì)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系列接觸角計(jì)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系列接觸角計(jì)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(wú)法觀察到的現(xiàn)象,。 (2)影像分析法接觸角計(jì)在前進(jìn)后退角測(cè)試過(guò)程中,,樣品進(jìn)樣過(guò)程的重復(fù)性較差。 液滴移轉(zhuǎn)過(guò)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)影像分析法接觸角計(jì)無(wú)法測(cè)試?yán)w維接觸角和粉體接觸角值 |
2,、插板法接觸角計(jì): |
也稱(chēng)傾板法接觸角計(jì),,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(wú)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。 這就是這種原理的接觸角計(jì),。 |
3,、力測(cè)量法(Tensiometry)接觸角計(jì): |
這種方法有時(shí)也被稱(chēng)為Wilhelmy板法測(cè)接觸角,,應(yīng)用這種方法的接觸角計(jì)主要是采用接觸角計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的接觸角計(jì),。通常通過(guò)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(gòu)中,,通常為使用接觸角計(jì)(Surface Tensiometer)中的稱(chēng)重傳感器,同時(shí)借助軟件分析來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量接觸角的目的,。 |
力測(cè)量法(Tensiometry)接觸角計(jì)的優(yōu)點(diǎn) |
(1)力測(cè)量法(Tensiometry)接觸角計(jì)通過(guò)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)接觸角計(jì)的缺點(diǎn) |
(1)力測(cè)量法(Tensiometry)接觸角計(jì)首先得有足夠的液體量讓樣器浸入; |
4、透過(guò)測(cè)量法接觸角計(jì): |
主要用于測(cè)量粉體接觸角等的接觸角計(jì),。這種接觸角計(jì)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(rùn)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(guò)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(guò)高度法(又稱(chēng)透過(guò)平衡法)接觸角計(jì)和透過(guò)速度法接觸角計(jì)兩種接觸角計(jì),。 |
接觸角分析技術(shù)概括 |
我們選用的常用的接觸角計(jì)通常為影像分析法接觸角計(jì),。而至于透過(guò)高度和稱(chēng)重法接觸角計(jì)均為接觸角計(jì),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(chēng)重法測(cè)接觸角值,,那么您選購(gòu)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(guó)產(chǎn)儀器,,關(guān)鍵部分為進(jìn)口技術(shù)的傳感器)或K100(德國(guó))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(lái)被客戶(hù)所忽視的。 我們通常說(shuō)選購(gòu)一臺(tái)接觸角計(jì),,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,,接觸角計(jì)與接觸角計(jì)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,?;蛟S對(duì)您選購(gòu)接觸角計(jì)有相當(dāng)幫助。 一,、概述 200年來(lái),,潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)濕現(xiàn)象的一種研究方法,接觸角的研究以來(lái)一直停留在某個(gè)階段,。從儀器開(kāi)發(fā)商的角度而言,,上海梭倫科技基于服務(wù)國(guó)內(nèi)外接觸角計(jì)應(yīng)用的客戶(hù)的經(jīng)驗(yàn),提升我們的研究實(shí)力,,現(xiàn)自主開(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)外的接觸角計(jì)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(lái),接觸角分析技術(shù)一直沒(méi)有得到廣大用戶(hù)的重視,。但是,,在接觸角計(jì)主機(jī)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性與成像效果解決的前提下,接觸角分析技術(shù)恰是接觸角計(jì)的核心,,可以說(shuō),,接觸角分析技術(shù)是接觸角計(jì)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(kāi)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(guó)外稱(chēng)為θ/2法,,國(guó)內(nèi)稱(chēng)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,,接觸角計(jì)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(guò)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(jiǎn)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(chēng)上應(yīng)該定義為角度分析儀或量角器,。目前常見(jiàn)的儀器(不包括上海梭倫)即在這個(gè)階段,,我們僅僅能夠稱(chēng)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(chēng)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(hù)現(xiàn)在選購(gòu)接觸角計(jì),可能還必須考慮一下采用的接觸角計(jì)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(lái)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(wú)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(hù)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(guó)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(guó)內(nèi)稱(chēng)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(chēng),。 第二階段:簡(jiǎn)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(guò)擬合曲線來(lái)分析接觸角值。德國(guó)和日本均采用過(guò)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(wèn)題,。通常精度可以達(dá)到0.04度。 四,、現(xiàn)有接觸角計(jì)應(yīng)用的接觸角分析技術(shù)分析
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接觸角計(jì)精度問(wèn)題 |
接觸角計(jì)測(cè)試精度受基準(zhǔn)水平線確認(rèn)的性影響 |
無(wú)論您愿意與否,,水平基準(zhǔn)線的問(wèn)題將會(huì)影響到接觸角測(cè)試的整個(gè)過(guò)程。而接觸角計(jì)測(cè)試過(guò)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(wú)論如何,,確定好水平線,,是接觸角計(jì)測(cè)值的為關(guān)鍵的一步。 |
接觸角計(jì)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(wèn)題,。這個(gè)問(wèn)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(shuō)明表面肯定存在問(wèn)題,。 |
接觸角計(jì)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)定接觸角的方法的接觸角計(jì),使用接觸角計(jì)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(guò),,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)接觸角的影響常可忽略不計(jì),。這些因素在采購(gòu)接觸角計(jì)和應(yīng)用接觸角計(jì)的過(guò)程中均應(yīng)受到接觸角計(jì)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)在接觸角計(jì)測(cè)試具體數(shù)據(jù)中的變化,有可能使得你無(wú)法理解,,也可能無(wú)法正確分出接觸角計(jì)的重復(fù)性程度,。 |
接觸角計(jì)選購(gòu)注意事項(xiàng) |
接觸角計(jì)的選購(gòu)關(guān)鍵是看客戶(hù)的應(yīng)用。具體選購(gòu)時(shí)我們建議客戶(hù)考慮如下幾個(gè)方面: |
1,、接觸角計(jì)選購(gòu)概括 |
結(jié)合我們的行業(yè)經(jīng)驗(yàn),,我們認(rèn)為接觸角計(jì)的選購(gòu)?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(guò)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,、接觸角計(jì)使用需求和精度要求 |
接觸角計(jì)的精度不能一概機(jī)而論,采用不同方法的接觸角計(jì)有不同的精度,。正像前面描述的一樣,,不同方法的接觸角計(jì)均有其用途和精度,關(guān)鍵是視客戶(hù)的具體應(yīng)用需求而定,。但總體而言,,接觸角計(jì)的精度主要體現(xiàn)在有效像素?cái)?shù),接觸角計(jì)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(hù)可以試測(cè)部分樣品后再?zèng)Q定采購(gòu)何種接觸角計(jì),。 同時(shí),,由于接觸角計(jì)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)于接觸角計(jì)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,。通常的接觸角計(jì)的樣品臺(tái)是無(wú)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(gòu)上海梭倫科技提供的技術(shù),。這個(gè)技術(shù)*沒(méi)有一家公司掌握。
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3,、從接觸角計(jì)組成開(kāi)始談接觸角計(jì)選購(gòu) |
首先,,我們有必要描述一下影像分析法接觸角計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成: |
4,、代理商的資格更為關(guān)鍵 |
作為進(jìn)口接觸角計(jì),,采購(gòu)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,。有些接觸角計(jì)代理商僅僅一個(gè)銷(xiāo)售人員,他們租了個(gè)店面就想完成接觸角計(jì)的服務(wù),,我們認(rèn)為這是肯定不夠的,。畢竟這是儀器啊,。 |
接觸角計(jì)進(jìn)口儀器與國(guó)產(chǎn)儀器區(qū)別 |
本來(lái)的文章中涉及到區(qū)別,但是考慮到操作中事實(shí)上接觸角計(jì)的生產(chǎn)中,,不能的說(shuō)出有哪些儀器真正是好的,,哪些儀器是不好的。我們只能簡(jiǎn)單的說(shuō)成,,仁者見(jiàn)仁,,智者見(jiàn)智吧。 但是,,有如下幾點(diǎn)意見(jiàn)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(wàn)左右,,那么您考慮壹臺(tái)進(jìn)口的接觸角計(jì)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(gòu)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(pán),,僅供您參考,,如有不同意見(jiàn)請(qǐng)來(lái)電與我們一起討論)。如果您的預(yù)算只有5萬(wàn)以?xún)?nèi),,那么您只能考慮國(guó)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(gòu)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(jiǎn)單的需求,那么何苦化這錢(qián)買(mǎi)個(gè)貴的進(jìn)口儀器,。當(dāng)然,,排除您是一定相信國(guó)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(guò)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(xiě)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(guó)發(fā)展的支持。 |
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