圖1 浸潤角與三種界面張力的關(guān)系公式
液體對固體的浸潤程度不同,如一滴水在干凈的玻璃上會浸潤而攤開;而一滴水如果在荷葉表面上則會保持水珠狀態(tài)為不浸潤。浸潤和不浸潤并不是兩極關(guān)系而是一個可以量化的量,量化的參數(shù)就是浸潤角。
潤濕性判定:
1)當(dāng)θ=0,潤濕;
2)當(dāng)θ<90°,部分潤濕或潤濕;
3)當(dāng)θ=90°,是潤濕與否的分界線;
4)當(dāng)θ>90°,不潤濕;
5) 當(dāng)θ=180°,不潤濕,如下圖幾種實例:
親疏水性判定:
1)當(dāng)θ<90°,固體表面是親水性的,也就是液體比較容易潤濕固體,角度越 小表明潤濕性越好。
2)當(dāng)θ>90°,固體表面是疏水性的,也就是液體比較難潤濕固體,角度越 大表明潤濕性越差,液滴在表面越容易移動。
由于有強大精密的硬件支撐與普適的界面擬合方法,儀器目前能做到 ±0.1°接觸角精度、±0.01mN/m的液體表面張力、±1mN/m的固體表面能的精度。并通過圖片、視頻、輪廓擬合、數(shù)據(jù)分析擬合得到客戶想要的細(xì)節(jié),方便客戶深入探索界面科學(xué)與工程。如圖3 是接觸角結(jié)果示例,通過輪廓的界面處切線擬合得到接觸角。
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 0-1000mN/m
表界面張力測量精度 0.01mN/m
光學(xué)系統(tǒng) 0.7-4.5x,可調(diào)焦距
相機速度 視頻速度210幅圖像/秒,130像素
相機角度 ±4可調(diào)
滴定精度 0.01u1
滴定系統(tǒng)移動 上下100mm左右100mm
接觸角測量方法 動、靜態(tài)接觸角、滾動角
接觸角分析方法 6種常用擬合方法
表面能測定 OWRK法、Fowkes法、wu法等
樣品臺尺寸 100mm×100mm
最大樣品尺寸 300×100×160mm
圖3光學(xué)接觸角測量儀得到接觸角結(jié)果示例
光學(xué)接觸角儀器通過測量液滴與物體表面之間的接觸角度,可以了解到固體表面的潤濕性能及液態(tài)材料在固體表面上的吸附情況。該儀器還可通過加薄液膜的方式模擬液滴在固體表面的展開過程,探測基于介電常數(shù)臨界角等方法的自清潔效應(yīng),以及通過溶-脹理論誘導(dǎo)自恢復(fù)性表面設(shè)計,等功能特點。總體來說可以通過接觸角測定儀,通過測試靜態(tài)、動態(tài)、滾動接觸角和直接擬合接觸角數(shù)值、通過懸滴法得到液體表面張力、液固表面浸潤性能、探索表面疏水親水基團對浸潤性影響 ,可以用于特殊涂層、特殊薄膜的設(shè)計、評估、機理研究及工程運用(如圖4)。
圖4接觸角測量儀的多功能運用
接觸角測定儀的應(yīng)用領(lǐng)域很廣,如圖5:
表面浸潤性測量;
液體固體邊界層相關(guān)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究;
材料潤濕性性能分析;
納米等級表面的超疏水/親水/商業(yè)化的抗污染涂層和自清潔涂層設(shè)計;
包括生物學(xué)、食品科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和聚合物表面的研究領(lǐng)域等廣泛應(yīng)用。
圖5接觸角測量儀的運用領(lǐng)域
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