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      接觸角測量儀選購之:國外和國內接觸角儀的技術指標的區別?

      點擊次數:1586    發布時間:2022-09-26 00:00:00

      接觸角測量儀作為固體界面化學性質分析的儀器,自1940年代開始由Zisman教授團隊提出并由R.J.Good團隊,以及A.W.Neumann團隊進行升級。一直到20世紀90年代,接觸角測量儀停留在是角器階段,即通過簡單的量測物理意義上的角度,簡單的評估一下材料的親疏水性質。而真正的接觸角測量儀是由A.W.Neumann教授團隊提出ADSA-P算法后才得到的改變。ADSA-P算法實現了將重力、表面張力、接觸角值綜合參與運算,因而,測試的接觸角值更有表征意義,更能夠體現為界面化學性質中的固體的物理化學性質。20世紀90年代同期,有一些研究人員同樣的提出了一些基于Young-Laplace方程擬合技術測試接觸角值,但是,其測試算法由于采用了Select Plane的多項式擬合技術,因而,測值的應用范圍以及測試的應用領域,對測試樣品的要求均有不同的要求。雖然在學術領域,Young-Laplace方程擬合技術的接觸角測量儀器沒有得到研究人員的認可,但是,在商業化的接觸角測量儀領域,國外的接觸角測量儀與國內接觸角測量儀形成的明顯的區別。

      接觸角測量儀及表面自由能測量儀

      近年來,中國的接觸角測量儀廠商也出現了許多新的公司。這些公司的宣傳接觸角測量儀的產品中與國外的接觸角儀事實上在宣傳內容上已經非常接近。


      如下所示是一個國外的接觸角測量儀的技術指標,一個是國內的接觸角測量儀的技術指標。

      接觸角測量儀技術指標:

      1) 可測樣品體積:350 x ∞ x 180mm(L×W×H)

      2) 接觸角測量范圍:0 - 180°,分辨率:+/- 0.01°

      3) 光學系統:軟件控制可連續調節光強的LED光源

      4) 軟件控制攝像速度,相機速度不低于200幀/秒,且滿足分辨率130萬像素條件下

      5) 相機采用高分辨率1/2’’CMOS傳感器

      6) 相機光學4.5倍連續放大,焦距12mm連續可調

      7) 相機拍攝角度正負3度可調

      8) 樣品臺尺寸:大于100 x 100mm,樣品臺垂直方向手動控制位移不小于40mm

      9) 滴定系統:配備一套單液體手動滴定系統,針頭式滴定,可更換液體,精度0.1uL/min

      10) 軟件系統:能自動錄相、實時回放和重新計算功能,接觸角實時分析

      10.1) 接觸角測量:測量靜態、動態接觸角(前進角和后退角),測量過程可以拍攝存儲,提供橢圓法,圓法,高寬法等自動擬合方法,基線調整自動、手動、水平、曲面等方法

      配置電腦:戴爾靈越3670電腦整機(i5-8400 8G DDR4 2666MHz 128G SSD 1T 2G)" 臺 1

       


      再看看另一個接觸角測量儀的技術指標:

      水滴角測試儀 SPEC
      1) 帶表面張力和表面能測試軟件功能
      2) 帶標準校正標樣

      工作臺面尺寸:120mm*150mm
      ? 工作臺移動:
      a) 前后移動 手動,行程80mm,精度0.1mm b) 左右移動 手動,行程80mm,精度0.1mm c) 上下移動 手動,行程80mm,精度0.1mm
      ? 樣品臺尺寸:10寸
      ? 進樣器移動:上下100mm; 左右100mm
      ? 工業鏡頭移動:前后180mm(微調3mm)
      ? 工業鏡頭:0.7X *-4.5X高清遠心連續變倍變焦顯微鏡
      ? CCD:SONY原裝進口高速工業級芯片;25幀/S、60幀/S、300幀/S、1000幀/S(標配25幀/S;可選配)
      ? 鏡頭角度可調試:仰視、平視、俯視多視角觀察
      ? 光源:LED可調節藍色基調工業級冷光源;使用壽命達貳萬伍仟小時以上
      ? 電源及功率:220V / 60HZ
      分析軟件:
      (1)國內的接觸角測量分析軟件自動橢圓擬合法(一鍵自動擬合,不存在人工誤差)包括:
      圓法擬合(Circle method)(適用于低角度接觸角測量)
      橢圓/斜橢圓擬合法(Ellipse/Oblique ellipse)(適用于高角度接觸角擬合)
      LY(應用于120°以上高角度接觸角測量)
      微分橢圓法/微分圓法(Differential circle / Differential ellipse)(應用于不規則液滴形態接觸角的擬合)
      (2)動態接觸角擬合包括:
      潤濕性能測試(Wettability)(應用于慢性吸收材料、潤濕材料的表面吸收或潤濕性能測試,批量處理)
      視頻擬合(Video analysis)(應用于吸收或潤濕速度較快的樣品的吸收或潤濕性能測試,視頻動態處理)
      (3)動態表面/界面張力測量(Measurement of dynamic surface / interfacial tension)(測量液體整個過程的張力變化趨勢,更的判定其真實的表面/界面張力)
      (4)表面能量計算(Surface energy)(使用主流的多種表面能計算方式測量對固體表面能量進行分析)
      (5)粘附功(Adhesion work)等多功能測試
      規格:
      ? 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:0-2000mN/m;測量精度:0.01 mN/m
      ? 高精度自動滴液系統:軟件高精度滴液系統;滴液精度:0.0 1μl
      ? 接觸角高精密儀器校準片:德國原裝進口接觸角角度校準標準片3°5°8° ;60°90°120°;115°(選配)

       


       

      第二個技術指標事實上是國內的儀器的技術指標,僅從內容的豐富程度來看,第二個技術指標的豐富程度甚至比個國外的接觸角測量儀的技術指標還好。

      但是,從選購儀器而言,我們不建議以看熱鬧的方式來處理,而應抓住本質,特別是接觸角測量的本質來分析。

      事實上,我們的結論很簡單,如上兩款接觸角測量儀均是不符合要求的接觸角測試裝置。理由如下:

      1、接觸角測量是用于測試樣品上的水滴與其形成的液滴形狀的。事實上,由于樣品上表面本身不水平或儀器加工問題導致樣品臺表面水平與鏡頭水平度不一致,極可能產生左右接觸角值不一致。同時,由于化學多樣性、表面粗糙度、表面結構的異構性存在,接觸角形成的液滴98%以上均是非對稱的。

      其于如上理論,如上兩款儀器的硬件加工中根本沒有將如何測試事實存在的非對稱性以及樣品臺如何調整水平這個關鍵技術要點列出。因而,根本無法符合現代接觸角測量的高要求。

      事實上,測試的接觸角值本身就是一個微量的納米級或mN級的能量指標,因而,微小的變化均會對測值結果產生明顯的影響。所以,接觸角測試儀器的設計必須符合這個要求。

      2、接觸角測量儀的算法因符合如上非軸對稱要求。

      而如上兩個接觸角測量儀將指標中的算法僅提供了圓、橢圓或寬高法,這些算法就是如上我們提及的量角器的概念。無法用于界面化學的測量。事實上,國外的儀器與國內的儀器的區別在本質上而言就是算法,即國外的儀器至少提供了入門接觸角測量的Young-Laplace方程擬合法,雖然這個方法已經無法滿足現代接觸角測量的高要求了,但是,至少在精度和數據的可靠性和科學依據方面遠遠優于橢圓擬合等量角器技術。

      但是,國外的儀器廠家卻因為Young-Laplace方程的缺陷在于無法測試左、右角度值,而本末倒置的放棄了這個方法,只提橢圓擬合。

      如果誠如這樣的話,僅從技術指標而言,客戶選購接觸角測量儀極可能會受到國產接觸角儀廠家的誤導,認為國內的儀器和國外的沒有區別!但是,我們在此強調,接觸角測量儀非橢圓擬合等量角器所能比的。

      3、樣品臺水平控制和鏡頭水平控制必須微米級精度。

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