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一. 前言

眾所周知，納米材料科學(xué)與工程已經(jīng)的研究熱點(diǎn)，在研究納米材料的表面改性時(shí)，往往要涉及潤濕接觸角這個(gè)概念。所謂接觸角是指在一固體水平平面上滴一液滴，固體表面上的固－液－氣三相交界點(diǎn)處，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所成的角。

二. 儀器介紹

本公司儀器采用現(xiàn)代化工藝制造，儀器采用先進(jìn)的專用CMOS數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，配倍高分辨率變焦式顯微鏡和高亮度LED背景光源系統(tǒng)，搭配三維樣品臺，可進(jìn)行工作臺上下、左右、前后等方向移動。實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)樣及上下、左右精密移動。同時(shí)還設(shè)計(jì)了伸縮桿結(jié)構(gòu)工作臺，能適應(yīng)在不同用戶材料厚度加大的場合。儀器框架可以根據(jù)式樣的大小適量調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了儀器的使用范圍。軟件搭配修正功能，測量多次后的結(jié)果可以同時(shí)保存在同一報(bào)告下，能讓用戶更好的對材料數(shù)據(jù)進(jìn)行管控。該儀器設(shè)計(jì)美觀大方、操作簡單、符合用戶所需。適用于各種行業(yè)測定接觸角的用戶。

一. 接觸角的計(jì)算方法

對于理想的平面固體表面，當(dāng)液滴在表面達(dá)平衡后。只有一個(gè)符合Young方程的接觸角。但實(shí)際固體表面是非理想的，因而會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，致使接觸角的測量往往很難重復(fù)。但經(jīng)過精心制備和處理的表面，有可能得到較重復(fù)的數(shù)據(jù)，特別是高分子的表面。表面的制備和處理的目的是要得到較光滑、干凈的理想表面，但具體的工藝因樣品而異，這里不作更多的介紹。這里主要介紹一些常用的接觸角測定方法，它們都是針對氣—液—固體系的接觸角而設(shè)計(jì)的。但其中有些方法，只需略加修改，亦適用于液—液—固體系接觸角的測定。測定接觸角有多種方法，可根據(jù)直接測定物理量分為四類：⑴靜滴法（角度測量法）、⑵高度、長度測量法⑶力測法⑷透過測量法。前三種適用于連續(xù)的平滑固體表面，后一種方法可用于粉末固體表面接觸角的測定。

（一）量角法

液滴角度測量法是測量接觸角的*常用的方法之一，如圖3（a，b）所示。該方法是將固體表面上的液滴，或?qū)⒔胍后w中的固體表面上形成的氣泡投影到屏幕上，然后直接測量切線與相界面的夾角，直接測量接觸角的大小。

如果液體蒸氣在固體表面發(fā)生吸附，影響固體的表面自由能，則應(yīng)把樣品放入帶有觀察窗的密封箱中，待體系達(dá)平衡后再進(jìn)行測定。此法的優(yōu)點(diǎn)是：樣品用量少，儀器簡單，測量方便。準(zhǔn)確度一般在土1^o左右。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的變形可以忽略不計(jì)，這時(shí)的躺滴可認(rèn)為是球形的一部分，如圖4所示。接觸角可通過高度的測量按下式計(jì)算：

式中h是液滴高度，d是滴底的直徑。若液滴體積小于10^-4mL，此方法可用。若接觸角小于90^o，則液滴稍大亦可應(yīng)用。

（三）儀器測量方法

1.接觸角多元化分析方式：全自動擬合法，半自動擬合法，手動水平測量，手動斜面測量；

2.多元化軟件計(jì)算方法：圓環(huán)擬合法(40度以下)；橢圓擬合法(40-120度)；Young-Lapalacer擬合法(120度以上)；

3.的表面自由能計(jì)算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（軟件中預(yù)裝部分液體數(shù)據(jù)庫，可擴(kuò)展）；

4.一鍵式軟件測量操作：【按空格鍵】--打開攝像頭；【按1鍵】--的控制滴液；【按2鍵】--高精度的進(jìn)行全自動測量；

5.不規(guī)則產(chǎn)品測量拓展：凹凸面測量，曲面測量，滾動角測量，前進(jìn)角后退角測量，高溫接觸角測量；

6.高速拍照方式：單張/連續(xù)/錄像；錄像任意電影單張導(dǎo)出；錄像視頻可自動快速測量；

7.細(xì)致化數(shù)據(jù)庫管理：導(dǎo)出Excel表格數(shù)據(jù) word圖片數(shù)據(jù)；圖片文字顯而易見。

二. 接觸角測量方法

1.座滴法（sessile drop）；

2.懸滴法（pendant drop）；

3.薄膜法（lamella method）；

4.擄泡法（Captive bubble method）；

5.包覆纖維法（wetted fiber）；

6.纖維座滴法（sessle fiber drop）；

7.附著滴法（captive bubble）；

三. 表面張力的測定

利用懸滴法研究表（界）面張力的想法在19世紀(jì)末就提出來了，但一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的研究是1937年Andreas等的工作，他們比較了用過的五種方法的優(yōu)劣，提出用選面法確定懸滴外形參數(shù)的方法。Andreas令：

式中d_c是懸滴外形的直徑，d_s是與懸滴底部頂點(diǎn)的垂直距離等于d_c處的直徑，如圖6所示，β和b分別是Bashforth－Adams方程中的形狀因子和大小因子。

第四章技術(shù)指標(biāo)

一. 儀器精度參數(shù)

（一）接觸角測量范圍：0-180^0.

（二）接觸角測量精度：±1^0.

（三）表界面張力測量范圍：0-1000mN/m；測量精度：0.01 mN/m。

（四）高精度自動滴液系統(tǒng)：高精密工業(yè)微量注液泵；滴液精度：0.01ul;*小滴液量：0.08ul。

（五）接觸角高精密儀器校準(zhǔn)片：接觸角圓形角度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)片3°、5°、8、60°、90°、120°；橢圓形角度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)片115°。

二. 主機(jī)部件

（一）主機(jī)外形尺寸：790mm（長）*310mm(寬)* 580mm(高)；

（二）主機(jī)凈重：28kg；

（三）工作臺面尺寸：150mm*120mm；

（四）工作臺移動：上下50mm; 左右50mm; 前后30mm；

（五）樣品臺尺寸：12寸；

（六）進(jìn)樣器移動：上下100mm；左右100mm.；

（七）顯微鏡移動：前后80mm（微調(diào)3mm）；

（八）顯微鏡：高清遠(yuǎn)心變倍變焦顯微鏡；

（九）光學(xué)系統(tǒng)：高速工業(yè)級芯片；25幀/60幀/150幀/300幀/秒；

（十）鏡頭角度可調(diào)試：仰視；平視；俯視；

（十一）光源：LED藍(lán)色工業(yè)級冷光源；

（十二）為了保證圖像的清晰度，不得采用USB2.0接口；

（十三）電源及功率：220V/ 60HZ300W