接觸角測量儀是一種用于測量液體對固體的接觸角的設備,其測量原理如下:
1.光學成像:測量儀首先需要將測試液滴滴到待測固體表面上,確保液滴與固體表面的接觸區(qū)域較小。然后,測量儀會對液滴進行放大成像,借助光學顯微鏡來觀察。
2.圖像處理:測量儀使用圖像處理算法對液滴的邊界進行識別和跟蹤。通過測量液滴邊界與固體表面之間的接觸線長度,可以計算得到接觸角。這個計算過程基于Young-Laplace方程,其中考慮了液體的表面張力以及液滴的形狀、半徑等參數。
3.校準操作:在測量過程中,儀器會通過一系列校準操作來確保精確度。例如,校準液體的表面張力和稠度,以及儀器本身的刻度和像素密度。只有在校準準確無誤的情況下,才能保證測量結果的可靠性。
1.直接測量法:直接測量法是通過觀察液滴在固體表面上的接觸線形態(tài)并進行圖像分析,可以計算得到液滴在固體表面上的接觸角。這種方法簡單直觀,適用于大多數情況。
2.間接測量法:間接測量法包括液滴高度/寬度法、圓方程式擬合法等。這些方法假定了液滴(截面)的形狀為圓的一部分,所以其適用范圍只限于球狀或接近球狀的液滴。由于重力的影響,嚴格地講,液滴的形狀都偏離球型:偏離的程度隨液滴的體積增大而增大;在同樣的體積下,液體的比重越大,表面張力越小,偏離的幅度也越大。
接觸角測量儀可以準確可靠地完成接觸角、滾動角、表面自由能和表界面張力的測量。以下是對這些功能的詳細解釋:
1.接觸角測量
靜態(tài)接觸角:通過觀察液滴在固體表面的形態(tài)來確定接觸角的大小,這是表征固液界面性質的重要物理量。
動態(tài)接觸角:利用液滴在固體表面的運動過程來測量接觸角,適用于一些復雜的接觸角測量場景。
2.滾動角測量
自動傾斜臺:全自動傾斜臺和視頻系統(tǒng)由軟件控制,自動記錄傾斜過程中液滴的形狀變化,傾斜角度和位置移動,自動測量滾動角、前進角和后退角等相關參數。
3.表面自由能測量
多種計算方法:固體表面自由能測量軟件包括了多種表面自由能數值及其組成的計算方法,涉及到一般表面、低能表面、高能表面、等離子體處理表面等實際應用。
4.表界面張力測量
懸滴法:使用懸滴法對液體的表面張力或界面張力進行測量。