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一. 前言

眾所周知,，納米材料科學與工程已經(jīng)的研究熱點，在研究納米材料的表面改性時,，往往要涉及潤濕接觸角這個概念,。所謂接觸角是指在一固體水平平面上滴一液滴，固體表面上的固－液－氣三相交界點處,，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時所成的角,。

二. 儀器介紹

本公司儀器采用現(xiàn)代化工藝制造，儀器采用先進的專用CMOS數(shù)字攝像機,，配倍高分辨率變焦式顯微鏡和高亮度LED背景光源系統(tǒng),，搭配三維樣品臺，可進行工作臺上下,、左右,、前后等方向移動。實現(xiàn)微量進樣及上下,、左右精密移動,。同時還設計了伸縮桿結(jié)構(gòu)工作臺，能適應在不同用戶材料厚度加大的場合,。儀器框架可以根據(jù)式樣的大小適量調(diào)節(jié),，擴大了儀器的使用范圍,。軟件搭配修正功能，測量多次后的結(jié)果可以同時保存在同一報告下,，能讓用戶更好的對材料數(shù)據(jù)進行管控,。該儀器設計美觀大方、操作簡單,、符合用戶所需,。適用于各種行業(yè)測定接觸角的用戶。

一. 接觸角的計算方法

對于理想的平面固體表面,，當液滴在表面達平衡后,。只有一個符合Young方程的接觸角。但實際固體表面是非理想的,，因而會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,，致使接觸角的測量往往很難重復。但經(jīng)過精心制備和處理的表面,，有可能得到較重復的數(shù)據(jù),，特別是高分子的表面。表面的制備和處理的目的是要得到較光滑,、干凈的理想表面,，但具體的工藝因樣品而異，這里不作更多的介紹,。這里主要介紹一些常用的接觸角測定方法,，它們都是針對氣—液—固體系的接觸角而設計的。但其中有些方法,，只需略加修改,，亦適用于液—液—固體系接觸角的測定。測定接觸角有多種方法,，可根據(jù)直接測定物理量分為四類：⑴靜滴法（角度測量法）,、⑵高度,、長度測量法⑶力測法⑷透過測量法,。前三種適用于連續(xù)的平滑固體表面，后一種方法可用于粉末固體表面接觸角的測定,。

（一）量角法

液滴角度測量法是測量接觸角的*常用的方法之一,，如圖3（a，b）所示,。該方法是將固體表面上的液滴,，或?qū)⒔胍后w中的固體表面上形成的氣泡投影到屏幕上，然后直接測量切線與相界面的夾角,，直接測量接觸角的大小,。

如果液體蒸氣在固體表面發(fā)生吸附,，影響固體的表面自由能，則應把樣品放入帶有觀察窗的密封箱中,，待體系達平衡后再進行測定。此法的優(yōu)點是：樣品用量少,，儀器簡單,，測量方便,。準確度一般在土1^o左右,。

（二）量高法

如果液滴很小,，重力作用引起液滴的變形可以忽略不計,，這時的躺滴可認為是球形的一部分,，如圖4所示。接觸角可通過高度的測量按下式計算：

式中h是液滴高度,，d是滴底的直徑,。若液滴體積小于10^-4mL，此方法可用,。若接觸角小于90^o,，則液滴稍大亦可應用,。

（三）儀器測量方法

1.接觸角多元化分析方式：全自動擬合法，半自動擬合法,，手動水平測量,，手動斜面測量；

2.多元化軟件計算方法：圓環(huán)擬合法(40度以下),；橢圓擬合法(40-120度),；Young-Lapalacer擬合法(120度以上)；

3.的表面自由能計算：Fowks法,，OWRK法,，ZismanPlot法，EOS法（軟件中預裝部分液體數(shù)據(jù)庫,，可擴展）,；

4.一鍵式軟件測量操作：【按空格鍵】--打開攝像頭；【按1鍵】--的控制滴液；【按2鍵】--高精度的進行全自動測量；

5.不規(guī)則產(chǎn)品測量拓展：凹凸面測量,，曲面測量,，滾動角測量,，前進角后退角測量，高溫接觸角測量,；

6.高速拍照方式：單張/連續(xù)/錄像；錄像任意電影單張導出,；錄像視頻可自動快速測量；

7.細致化數(shù)據(jù)庫管理：導出Excel表格數(shù)據(jù) word圖片數(shù)據(jù),；圖片文字顯而易見。

二. 接觸角測量方法

1.座滴法（sessile drop）,；

2.懸滴法（pendant drop）；

3.薄膜法（lamella method）,；

4.擄泡法（Captive bubble method）,；

5.包覆纖維法（wetted fiber）；

6.纖維座滴法（sessle fiber drop）,；

7.附著滴法（captive bubble）,；

三. 表面張力的測定

利用懸滴法研究表（界）面張力的想法在19世紀末就提出來了,，但一個有實用價值的研究是1937年Andreas等的工作，他們比較了用過的五種方法的優(yōu)劣,，提出用選面法確定懸滴外形參數(shù)的方法,。Andreas令：

式中d_c是懸滴外形的直徑,，d_s是與懸滴底部頂點的垂直距離等于d_c處的直徑,，如圖6所示,，β和b分別是Bashforth－Adams方程中的形狀因子和大小因子,。

第四章技術(shù)指標

一. 儀器精度參數(shù)

（一）接觸角測量范圍：0-180^0.

（二）接觸角測量精度：±1^0.

（三）表界面張力測量范圍：0-1000mN/m,；測量精度：0.01 mN/m。

（四）高精度自動滴液系統(tǒng)：高精密工業(yè)微量注液泵,；滴液精度：0.01ul;*小滴液量：0.08ul。

（五）接觸角高精密儀器校準片：接觸角圓形角度校準標準片3°、5°,、8、60°、90°,、120°,；橢圓形角度校準標準片115°。

二. 主機部件

（一）主機外形尺寸：790mm（長）*310mm(寬)* 580mm(高),；

（二）主機凈重：28kg,；

（三）工作臺面尺寸：150mm*120mm,；

（四）工作臺移動：上下50mm; 左右50mm; 前后30mm,；

（五）樣品臺尺寸：12寸,；

（六）進樣器移動：上下100mm；左右100mm.,；

（七）顯微鏡移動：前后80mm（微調(diào)3mm）,；

（八）顯微鏡：高清遠心變倍變焦顯微鏡；

（九）光學系統(tǒng)：高速工業(yè)級芯片；25幀/60幀/150幀/300幀/秒,；

（十）鏡頭角度可調(diào)試：仰視,；平視；俯視,；

（十一）光源：LED藍色工業(yè)級冷光源,；

（十二）為了保證圖像的清晰度，不得采用USB2.0接口,；

（十三）電源及功率：220V/ 60HZ300W