光学接触角测量仪

一·概述（Summary）

接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度；接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法，接触角测量仪采用外形图像分析（Shape image analysis）方法测量样品表面亲疏水性、润湿性能、表面张力、表面能等数据的专用设备

晶圆专用接触角测量仪应用：

1、液体在固体表面的接触角和润湿性：包括静态接触角，动态接触角（前进/后退接触角），接触角滞后性等；

2、液滴在固体表面的起始滑动角（或滚动角），滑动速度；（扩张功能）

3、液体在固体表面的铺展、渗透/吸收等润湿行为；

4、固体表面自由能（surface free energy），及其各种分子相互作用力（如极性/非极性）的贡献；

5、液体在固体表面的粘结力（adhesion）、滞留力（retention）等；

6、固体表面在经过清洗、处理后的结果（效果）评估：如洁净度（cleanliness），均匀性（homogeneity），和表面能改变幅度等；

7、液/流-体系的表面/界面张力：包括静、动态表/界面张力的测量；

8、表/界面张力以及表面活性成分含量的现场、在线、实时监测；

9、表面活性物质（如表面活性剂）临界胶团溶度（CMC）的测量：包括全自动CMC测量，全自动有关配方的筛选和优化；

10、表面活性物质在界面的吸附、排列、取向、松弛等现象的研究；

11、液体界面的粘弹性和稳定性：如乳状液／泡沫等体系的稳定性研究等等各种与液/流/固-体系相关的界面现象和过程的测量和分析等。

12、全自动检测整体解决方案，可搭配至流水线上使用，提高检测效率；

二·设备原理解析（Principle analysis）

我司设备采用的专用CCD数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、前后等方向移动。实现微量进样及上下、左右精密移动。同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。软件搭配修正功能，测试多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需

三·技术规格（Specifications）

（一）晶圆专用接触角测量仪触角测量仪主机：

（1）主机使用高强度航空铝合金结构搭配模块化设计理念，自主研发的集成芯片电路控制，保证仪器以状态运行；

（2）成像部分使用高性能日本原装进口工业机芯及无失真远心镜头确保的成像效果。

（3）工业级可调LED单波长冷光源系统，成像更清晰

（4）自动位移平台，实现Y、Z自动定位测量，定点地位更精确，测量效率更高

规格：

1. 主机外形尺寸：1200mm（长）*600mm(宽)* 670mm(高) 

2. 主机净重：55KG

3. 工作台面尺寸：420mm*420mm

4. 工作台移动：

 前后移动 自动，行程160mm，精度0.01mm
        上下移动 手动，行程20mm，精度0.01mm

1. 进样器移动：自动上下60mm（自动）;  左右30mm

2. 工业镜头移动：前后30mm（微调3mm）

3. 工业镜头：0.7X *-4.5X高清远心连续变倍变焦显微镜

4. CCD：SONY原装进口高速工业级芯片；60帧/S

5. 镜头角度可调试：仰视、平视、俯视多视角观察

6. 光源：LED可调节蓝色基调工业级冷光源；使用寿命达贰万伍仟小时以上

7. 电源及功率：220V / 60HZ

（二）专用分析软件：

（1）国内的接触角测量分析软件自动椭圆拟合法（一键自动拟合，不存在人工误差）包括：

圆法拟合（Circle method）（适用于低角度接触角测量）

椭圆/斜椭圆拟合法（Ellipse/Oblique ellipse）（适用于高角度接触角拟合）

LY（应用于120°以上高角度接触角测量）

微分椭圆法/微分圆法（Differential circle / Differential ellipse）（应用于不规则液滴形态接触角的拟合）

1. 动态接触角拟合包括：

润湿性能测试（Wettability）（应用于慢性吸收材料、润湿材料的表面吸收或润湿性能测试，批量处理）

视频拟合（Video analysis）（应用于吸收或润湿速度较快的样品的吸收或润湿性能测试，视频动态处理）

1. 动态表面/界面张力测量（Measurement of dynamic surface / interfacial tension）（测量液体整个过程的张力变化趋势，更准确的判定其真实的表面/界面张力）

2. 表面能量计算（Surface energy）（使用国际主流的多种表面能计算方式测量对固体表面能量进行分析）

3. 粘附功（Adhesion work）

4. 数据报告（Data report）（支持WORD、Excel类型数据报告，自动生成晶圆模式数据谱图）

规格：

1. 接触角测量范围：0-180°

2. 接触角测量精度：±0.1°

3. 表界面张力测量范围：0-2000mN/m；测量精度：0.01 mN/m

4. 高精度自动滴液系统：软件高精度滴液系统；滴液精度：0.0 1μl

5. 一键式多点测量（可多次循环）：自动进样→自动接液→软件自动完成测量→自动换下一个点位

6. 可针对不同样品设置测量方案并可保存，方便下次再次测量同一类样品时直接调取测量

四·产品特点（Product features）

1. 专业级的高精度注射系统，全电脑控制，液滴控制精度可达0.01μl

2. Y轴自动位移，平台自动旋转，可一次测量多个已设置点并给出对应测量数据，实现全自动化测量

3. 工业级可调LED冷光源系统（寿命25000H以上），更清晰的成像，同时避免额外热度所导致的小液滴挥发

4. 采用高性能日本原装进口工业机芯，无失真远心镜头，确保的成像效果。

5. 采用USB2.0标准接口，数据传输速度快，兼容性高

6. 高强度航空铝合金结构，模块化设计理念，可配置各种常用测量附件

7. 自主研发的集成芯片电路控制，保证仪器以状态运行

8. 多种辅助模块选取，满足更多的外部测试条件

9. 光学系统顶式法，适合超低角度测量和疏水材料测量

10. 多种接触角分析方法，更适合多种材料接触角测量

11. 采用国际的计算方法，能够自动识别基准线及轮廓线，无人为误差

12. 高速全自动操作测量，且直观读取数据结果，有图有真相，有拟合痕迹，测流量结果是否准确一目了然

13. 表面接触角分析模块，更简捷的操作，更准确的结果

14. 视频快速测试数据，可连续性进测试接触角形态变化

15. 一键式软件操作: 【按空格键】--打开摄像头； 【测试】--jing准的控制滴液-自动接液-高精度的进行全自动测量-测量完毕后自动更换测量位置直至整个原设置好的测量方案运行结束