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超疏水表面指難以被水潤濕的表面,在這種表面上水滴難以鋪展,水總是團聚在一起。測量液滴和材料的接觸角是評價材料表面潤濕性的主要方法,超疏水材料的接觸角甚至?xí)笥?150°。為了全面的評價超疏水材料的潤濕性,在實驗中有必要測量液滴的前進角、后退角和滾動角等動態(tài)過程。
使用光學(xué)接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉(zhuǎn)移到材料表面,但是由于材料的超疏水特性,液滴總是粘附在注射針的頂端,很難轉(zhuǎn)移到材料表面。如果過分增大液滴的體積,利用重量把液滴轉(zhuǎn)移下來,過大的液滴會增加準(zhǔn)確測量接觸角的難度。有人不得不用手指輕彈注射針抖落液滴,這也不是規(guī)范的實驗操作。非接觸式注液是目前解決這個問題的好方法。
非接觸式注液是指通過注射器上的噴嘴,利用注射泵的脈沖推射液滴,使液滴直接落到材料表面上。這種注液方式*避免了液滴在注射針針頭上的粘附,*解決了液滴轉(zhuǎn)移的問題。
在液體轉(zhuǎn)移到材料表面之后,儀器會自動拍下一張清晰的照片。為了準(zhǔn)確的計算液滴的接觸角,我們建議使用 Laplace-Young 算法。因為在超疏水材料上的液滴接觸角很大,呈現(xiàn)很好的軸對稱性,在諸多接觸角計算的模型中,Laplace-Young 算法全面考慮到重力、密度等因素對液滴形狀的影響,所以它是準(zhǔn)確的測量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的計算方法。
為了全面的評價超疏水材料的潤濕性,除了測量液滴在在水平的材料表面上的接觸角之外,我們往往還要測量液滴在材料傾斜表面上的前進角、后退角、和滾動角。使用自動傾斜臺可以方便的完成這種測量。這里需要注意到液滴處于傾斜表面上在重力作用下已經(jīng)不再對稱,所以 Laplace-Young 法一般不再適用,此時需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計算的一些方法,例如 Truedrop 算法。
如果儀器沒有配置自動傾斜臺,那么可以考慮使用注液-吸液法測量前進角和后退角。在注液和吸液過程中注射針可能會偏離液滴的中心,這時如果注射針架可以在 X/Y/Z 三軸精密移動,將會方便的調(diào)整注射針的位置,使得注射針對液滴形狀的影響降到小,能夠較為準(zhǔn)確的測量前進角和后退角的數(shù)值。
后在進行數(shù)據(jù)分析的時候,接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點位置的變化緊密相關(guān)。所以在動態(tài)數(shù)據(jù)圖表上同時顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點位置的變化曲線。這樣才能完整準(zhǔn)確的描述前進角和后退角的形成及變化過程。
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