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一. 前言

眾所周知,，納米材料科學(xué)與工程已經(jīng)成為性的研究熱點(diǎn)，在研究納米材料的表面改性時(shí),，往往要涉及潤(rùn)濕接觸角這個(gè)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(diǎn)處，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)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(jìn)的專用CMOS數(shù)字?jǐn)z像機(jī),，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(tái),，可進(jìn)行工作臺(tái)上下,、左右,、前后等方向移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)樣及上下,、左右精密移動(dòng),。同時(shí)還設(shè)計(jì)了伸縮桿結(jié)構(gòu)工作臺(tái),，能適應(yīng)在不同用戶材料厚度加大的場(chǎng)合。儀器框架可以根據(jù)式樣的大小適量調(diào)節(jié),，擴(kuò)大了儀器的使用范圍,。軟件搭配修正功能,，測(cè)量多次后的結(jié)果可以同時(shí)保存在同一報(bào)告下，能讓用戶更好的對(duì)材料數(shù)據(jù)進(jìn)行管控,。該儀器設(shè)計(jì)美觀大方,、操作簡(jiǎn)單、符合用戶所需,。適用于各種行業(yè)測(cè)定接觸角的用戶。

一. 接觸角的計(jì)算方法

對(duì)于理想的平面固體表面,，當(dāng)液滴在表面達(dá)平衡后,。只有一個(gè)符合Young方程的接觸角,。但實(shí)際固體表面是非理想的，因而會(huì)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,，致使接觸角的測(cè)量往往很難重復(fù)。但經(jīng)過精心制備和處理的表面,，有可能得到較重復(fù)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(cè)定方法,，它們都是針對(duì)氣—液—固體系的接觸角而設(shè)計(jì)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(cè)定,。測(cè)定接觸角有多種方法,，可根據(jù)直接測(cè)定物理量分為四類：⑴靜滴法（角度測(cè)量法）、⑵高度,、長(zhǎng)度測(cè)量法⑶力測(cè)法⑷透過測(cè)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(cè)定,。

（一）量角法

液滴角度測(cè)量法是測(cè)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(cè)量切線與相界面的夾角，直接測(cè)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(yīng)把樣品放入帶有觀察窗的密封箱中，待體系達(dá)平衡后再進(jìn)行測(cè)定,。此法的優(yōu)點(diǎn)是：樣品用量少,，儀器簡(jiǎn)單，測(cè)量方便,。準(zhǔn)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(jì)，這時(shí)的躺滴可認(rèn)為是球形的一部分,，如圖4所示,。接觸角可通過高度的測(cè)量按下式計(jì)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(yīng)用。

（三）儀器測(cè)量方法

1.接觸角多元化分析方式：全自動(dòng)擬合法,，半自動(dòng)擬合法，手動(dòng)水平測(cè)量，手動(dòng)斜面測(cè)量,；

2.多元化軟件計(jì)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(jì)算：Fowks法,，OWRK法,，ZismanPlot法,，EOS法（軟件中預(yù)裝部分液體數(shù)據(jù)庫(kù)，可擴(kuò)展）,；

4.一鍵式軟件測(cè)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(jìn)行全自動(dòng)測(cè)量；

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

6.高速拍照方式：單張/連續(xù)/錄像；錄像任意電影單張導(dǎo)出,；錄像視頻可自動(dòng)快速測(cè)量,；

7.細(xì)致化數(shù)據(jù)庫(kù)管理：導(dǎo)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(cè)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(cè)定

利用懸滴法研究表（界）面張力的想法在19世紀(jì)末就提出來(lái)了，但一個(gè)有實(shí)用價(jià)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(diǎn)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(biāo)

一. 儀器精度參數(shù)

（一）接觸角測(cè)量范圍：0-180^0.

（二）接觸角測(cè)量精度：±1^0.

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

（四）高精度自動(dòng)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(zhǔn)片：接觸角圓形角度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)片3°、5°,、8,、60°,、90°、120°,；橢圓形角度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)片115°,。

二. 主機(jī)部件

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

（二）主機(jī)凈重：28kg,；

（三）工作臺(tái)面尺寸：150mm*120mm；

（四）工作臺(tái)移動(dòng)：上下50mm; 左右50mm; 前后30mm,；

（五）樣品臺(tái)尺寸：12寸,；

（六）進(jìn)樣器移動(dòng)：上下100mm；左右100mm.,；

（七）顯微鏡移動(dòng)：前后80mm（微調(diào)3mm）；

（八）顯微鏡：高清遠(yuǎn)心變倍變焦顯微鏡；

（九）光學(xué)系統(tǒng)：高速工業(yè)級(jí)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(lán)色工業(yè)級(jí)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