圖1 浸潤角與三種界面張力的關系公式
液體對固體的浸潤程度不同,如一滴水在干凈的玻璃上會浸潤而攤開;而一滴水如果在荷葉表面上則會保持水珠狀態為不浸潤。浸潤和不浸潤并不是兩極關系而是一個可以量化的量,量化的參數就是浸潤角。
潤濕性判定:
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;
4)當θ>90°,不潤濕;
5) 當θ=180°,不潤濕,如下圖幾種實例:
親疏水性判定:
1)當θ<90°,固體表面是親水性的,也就是液體比較容易潤濕固體,角度越 小表明潤濕性越好。
2)當θ>90°,固體表面是疏水性的,也就是液體比較難潤濕固體,角度越 大表明潤濕性越差,液滴在表面越容易移動。
由于有強大精密的硬件支撐與普適的界面擬合方法,儀器目前能做到 ±0.1°接觸角精度、±0.01mN/m的液體表面張力、±1mN/m的固體表面能的精度。并通過圖片、視頻、輪廓擬合、數據分析擬合得到客戶想要的細節,方便客戶深入探索界面科學與工程。如圖3 是接觸角結果示例,通過輪廓的界面處切線擬合得到接觸角。
接觸角測量范圍 0-180°
接觸角測量精度 ±0.1°
表界面張力測量范圍 0-1000mN/m
表界面張力測量精度 0.01mN/m
光學系統 0.7-4.5x,可調焦距
相機速度 視頻速度210幅圖像/秒,130像素
相機角度 ±4可調
滴定精度 0.01u1
滴定系統移動 上下100mm左右100mm
接觸角測量方法 動、靜態接觸角、滾動角
接觸角分析方法 6種常用擬合方法
表面能測定 OWRK法、Fowkes法、wu法等
樣品臺尺寸 100mm×100mm
最大樣品尺寸 300×100×160mm
圖3光學接觸角測量儀得到接觸角結果示例
光學接觸角儀器通過測量液滴與物體表面之間的接觸角度,可以了解到固體表面的潤濕性能及液態材料在固體表面上的吸附情況。該儀器還可通過加薄液膜的方式模擬液滴在固體表面的展開過程,探測基于介電常數臨界角等方法的自清潔效應,以及通過溶-脹理論誘導自恢復性表面設計,等功能特點。總體來說可以通過接觸角測定儀,通過測試靜態、動態、滾動接觸角和直接擬合接觸角數值、通過懸滴法得到液體表面張力、液固表面浸潤性能、探索表面疏水親水基團對浸潤性影響 ,可以用于特殊涂層、特殊薄膜的設計、評估、機理研究及工程運用(如圖4)。
圖4接觸角測量儀的多功能運用
接觸角測定儀的應用領域很廣,如圖5:
表面浸潤性測量;
液體固體邊界層相關的基礎和應用研究;
材料潤濕性性能分析;
納米等級表面的超疏水/親水/商業化的抗污染涂層和自清潔涂層設計;
包括生物學、食品科學、環境科學和聚合物表面的研究領域等廣泛應用。
圖5接觸角測量儀的運用領域