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      3D接觸角測量儀有哪些功能和應用?為什么測試3D接觸角值要優于2D接觸角值?

      點擊次數:1333    發布時間:2022-09-26 00:00:00

      3D接觸角測量儀是美國科諾提出的接觸角測試理念,并且,授權上海梭倫在中國地區申請了。作為的接觸角測量理念,3D接觸角與常規的接觸角測量的區別在于常規的接觸角測量儀通常測試的是側視條件下某一個隨機的角度條件下的接觸角值。相對于整個液滴3D結構來講,常規的接觸角測試儀僅僅測試了特定視角條件下的接觸角值。而如果固體的表面存在化學多樣性、異構性以及表面粗糙度時,那么事實情況下98%樣品各側視角度條件下的接觸角值事實上呈現出如下圖所示的形貌,即在頂視條件下,液滴的輪廓呈現出不規則的情況。

      3D接觸角頂視條件時的形貌圖

      這就是說,我們必須滿足測試各不同側視角度時的不同角度值,并用于表征樣品的表面的物理化學性質,這樣的表征技術對于該固體樣品而言更為科學。而這就是3D接觸角測量的概念。

      從目前技術來講,測量接觸角值的算法通常分為三代技術:

      代的技術為量角器法,通過顯微鏡里的分劃板,來量測角度值。

      第二代的技術為數碼量角器法階段,本階段將圖像捕捉到電腦后,通過量角器的幾何測量技術,如圓擬合、橢圓擬合或多段橢圓擬合線、或多項式方程的擬合曲線,來量測一下角度值。此時的測量技術只是將其他的圖像角度測量技術移到“接觸角測量”中,與真正的界面化學分析技術關系并不大。目前,中國的絕大多數儀器廠商,以及日本、韓國的儀器廠商均停留在這個技術階段。

      第三代的技術為Young-Laplace方程擬合技術,通過分析輪廓圖像,將液滴輪廓因子Bond系數通過選點選面的方式標定后,再擬合Young-Laplace方程。本方法通常情況下參考于超疏水材料且表面不存在粗糙度,均勻性很好的,沒有異構性的樣品而言,Young-Laplace方程是有效的。這與是德國儀器與中國儀器的技術核心區別所在。

      第四代的技術為阿莎算法ADSA算法,目前的ADSA-RealDrop通過修正左、右角度值不同的重力系數(如傾斜的條件下),基于ADSA-NA技術進行優化。過程中,通過雙次迭代的技術,無需標定Bond系數擬合曲線,直接計算得到相應的接觸角值、表面張力值以及修正的重力系數值。

      顯見,阿莎算法是為3D接觸角測量而生的。

      那么,在常規的接觸角測量已經可以基本滿足測量的條件下,為什么需要測試3D接觸角值呢?

      3D接觸角測量儀

      、常規的接觸角測量儀測試所得的接觸角值事實上無法表征固體材料的性質,只是隨機性的測量的假設對稱條件下的樣品的接觸角值,這個值在水稻這樣的存在各向異性的接觸角情況下,可能偏差值超過10度以上。

      第二、3D接觸角測量儀的應用更符合實際:

      (1)3D接觸角測量值如果出面各位置角度值偏差小于2度,說明材料的性質比較穩定。相當于3D接觸角測量儀比常規的接觸角測量儀在測值的性方面由于測試視角的多向性而提升了精度外和可靠性之外,額外的可以分析得出材料的性質與均勻度。

      (2)對于特殊的應用而言,在仿生材料研究中,我們可以制造3D接觸角偏差超過10度,甚至更高的材料表面結構,以形成水滴或液滴的定向流動或特殊應用。

      (3)對于測試清洗效果而言,3D接觸角可以通過一滴水滴即可完成固體表面清潔度的評估。而不像其他常規的水滴角測量設備,通過非常多的水滴才可以評估出效果。況且,很多的位置滴不同的水滴在常規接觸角測試采用圓或橢圓擬合時,重復性導致的誤差與清潔度的誤差的判斷均存在問題。

      一款3D接觸角測量儀。

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