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      [接觸角測量儀]高速彩色攝像機測試超親水纖維材料的動態吸附接觸角并用于分辨與表征樣品的親水性

      點擊次數:2378    發布時間:2022-09-26 00:00:00

      高速彩色攝像機測試超親水纖維材料的動態吸附接觸角并用于分辨與表征樣品的親水性,是近年來美國科諾(USA KINO)應用接觸角測量儀于具體測樣的一個非常實用與有效的方法。以來,接觸角的測量停留在了靜態接觸角的評估階段。但是,由于材料本身的表面粗糙度、化學多樣性、異構性的存在,實際表征固體樣品所用的接觸角值事實上一直存在很大的爭議。絕大多數情況下,正由于接觸角測量儀本身的算法以及機構設計、與實際樣品的符合度等等問題,導致了接觸角測量儀的很多用戶只是發揮了接觸角測試儀器本身很小的一部分功能,因而,對于固體材料的表征方法上,很多用戶事實上也因此而不是很重視接觸角值這個物理化學性質。

      事實上,接觸角測量儀應用于表征固體材料,其必須具備的條件為:

      1、采用阿莎算法(ADSA-RealDrop):真正符合非軸對稱條件下的第四代Young-Laplace主程擬合技術,可以用于評估材料的本征接觸角值,即修正表面粗糙度,化學多樣性以及異構性后的接觸角值。

      2、MicroDrop法測試接觸角:用于評估Wenzel-Cassie模型條件下的接觸角以及狀態反轉。

      3、提供樣品臺獨立水平調整以及高速攝像機功能,用于更為微觀條件下的接觸角測量。

      而目前,世界商業化的接觸角儀生產廠事實上只是在硬件方面進行了簡單的部分升級,如相機速度跟風式的跟隨,而在軟件方面,絕大多數商業化的接觸角儀廠家仍停留在了圓擬合、橢圓擬合、切線法等比較低級的量角器階段(如中國以及美國的一些廠家),德國的廠家雖然進行了Young-Laplace方程擬合的升級,但是由于軸對稱假設技術缺陷與實際98%樣品的非軸對稱實際無法符合,算法本身由于采用Select Plane方式查找Bond Number,因而存在很大缺陷,導致事實上無法用于評估或表征接觸角值。

      接觸角測量的難的幾個應用從具體材料形式來講,主要為粉體材料和纖維材料。由于材料本身除了如上提及的化學多樣性、異構性和表面粗糙度等之外,為關鍵的材料存在著毛細現象以及毛細現象導致的Wenzel-Cassie狀態。

      在本文章中,我們提供了一種采用接觸角測量儀SL200KS,并采用高速相機,速度140幀/秒條件下,采用阿莎算法(ADSA-RealDrop),測試進行過不同處理效果的纖維材料的接觸角值,并成功實現了幾種處理效果的分辨,為應用于實踐提供了有力的數據支持。通常情況下,商業化的接觸角測量儀廠家會建議用戶采用分析天平稱重原理進行測量。但是,從具體應用技術來講,分析天平的速度賽多利斯的天平快12數據/秒(而非表面張力儀廠商宣傳的50數據/秒,具體驗證可將分析天平的串口與電腦連接后直接計數得到),梅特勒分析天平快92數據/秒。而這個速度與我們采用光學法動輒200幀/秒以上的要求是無法相比的。同時,從接觸角計算原理來講,潤濕天平方法測得的接觸角值與光學法的接觸角值無法形成有效對比,不具有可比性。因而,無論從實際應用或測試效果還是從測值的意義來講,我們均建議采用光學接觸角測量儀并采用高速相機的方法。因而,我們也建議用戶,特別是學校的用戶,采用接觸角測量儀時盡量采購帶高速相機的接觸角測值儀。、高速相機接觸角測試儀可以用于粉體或纖維親水條件下的細節部分的測量;第二、高速相機可以評估液滴的彈跳效果,特別是針對超疏水材料或具有Cassie狀態的纖維、粉末材料的測量。

       

      纖維接觸角測量:高速相機光學接觸角測量儀

      從如上吸附速度以及初始接觸角值來看,明顯的,接觸角測量儀SL200KS將幾個樣品分辨了出來,并將其吸附速度進行了有效的分類。

        初始接觸角值
      15 43.43705975
      2 53.41426472
      10 57.30126616
      20 69.90070079
      5 74.92527478
      83.72676021

      1、樣品(無)的接觸角測量動圖效果:

      纖維接觸角測量動態效果圖

      2、樣品(2)的接觸角測量動態圖如下:

      纖維接觸角測量動態效果圖

      3、樣品(5)的接觸角測量動態圖

      纖維接觸角測量動態效果圖

      4、樣品(10)的接觸角測量動態圖

      纖維接觸角測量動態效果圖

      5、樣品(15)的接觸角測量動態圖

      纖維接觸角測量動態效果圖

      6、樣品(20)的接觸角測量動態圖

      纖維接觸角測量動態效果圖

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