小科普：接触角数据重复性不好，可能是您陷入了重重陷阱！

背景

测接触角时，你是不是总怀疑仪器在“摸鱼”？数据忽高忽低，重复三次三个样，仿佛在开盲盒。但真相可能扎心：不是设备不给力，而是被忽略的“清洁问题”。从纳米级的表面残留到微米级的污染物，这些隐形干扰会直接篡改表面能或液体性质，导致数据偏离真实值。

为什么表面污染是接触角测量的“隐形杀手”？

1. 直接影响表面能

任何残留的污染物（指纹、灰尘、清洗剂残留、氧化层等等）都会改变固体表面的化学性质和物理状态，从而显著影响其真实表面能。接触角对表面的状态极其敏感，微小的污染即可导致接触角发生数度甚至数十度的偏差。

2. 破坏表面均匀性

污染物通常不是均匀分布的（如指纹、局部油渍、灰尘斑点），这会导致液滴在表面不同位置形成的接触角不一致，严重影响测量的重复性和代表性。

3. 引入人为误差

不规范的清洁操作本身就是引入新污染物的主要来源。

4. 难以察觉

污染物往往是肉眼不可见的，表面“看起来干净”，但实际已被污染。

最常忽略的“清洁陷阱”——在接触角测量中，“清洁”的标准远超肉眼可见的程度。

在“清洁陷阱“中，有很多因素都会影响清洁度，在这里只列举几个较为常见的情况，供大家参考。

1. 用纸张“擦一擦就行”

问题：仅用实验室无尘纸、普通纸巾、甚至衣服随手擦拭样品表面。

后果：无法去除分子级污染物（如油脂），反而可能留下纤维碎屑或摩擦产生的静电吸附灰尘。纸巾本身可能含有柔顺剂等具有表面活性的添加剂，直接擦拭固体表面会将添加剂遗留在固体表面，当用水作为待测液体，测试接触角时，添加剂会迁移到水中，改变水的表面张力，从而影响接触角测试结果。

克吕士科学仪器22年9月份的公众号曾做过一篇测评《“纸”想告诉你：如何用表面张力判断纸巾是否“干净”？》，通过将纸巾浸没在水中后5min后，纸巾中的添加剂会溶出到水中，基于水的表面张力下降程度即可判断不同纸巾的添加剂残留量。生活用纸的标准要高于工业用纸，生活用纸中都存在添加剂残留，工业用纸也不可避免。纸巾擦拭要注意选择高标准工业用纸，同时要跟其他清洗方法配合使用。

图1.水经过不同类型纸张浸泡后的表面张力

2.  “等离子体处理万能且持久”：

问题： 过度依赖等离子体处理等方法来清洁表面，认为处理后表面就“完美”了，或者处理后长时间暴露在空气中才进行测量。

后果： 等离子体/UV-Ozone 能高效去除有机污染物并活化表面，但：

处理后的表面具有高活性，会快速吸附空气中的碳氢化合物等污染物，或者聚合物表面处理后分子链段的重构，都会使得表面处理具有一定的时效性。

图2.聚合物表面经过等离子处理后表面能随放置时间的变化过程^[1]

问题：仅使用一种溶剂（通常是乙醇或丙酮）清洗所有类型的样品和污染物。

后果：不同污染物需要不同的溶剂才能有效溶解。例如：

• 极性油脂、盐分：水或醇类效果更好。

• 非极性油脂、有机残留物：需要甲苯、氯仿、正己烷等非极性溶剂。

• 硅油、脱模剂：可能需要专门的强溶剂或碱性清洗液。

• 金属氧化物：可能需要酸洗。

控制清洁度误差的关键策略（误差控制核心）

1. 建立严格、标准化的清洁流程：

针对每种常用样品材料，制定详细的、验证过的清洁步骤。

2. 选择合适的清洁方法组合：

每种样品要考虑物理方法还是化学方法更适合。

3. 使用最高纯度的耗材：

使用高纯度的溶剂，避免使用回收溶剂。

4.  验证清洁效果：

• 接触角本身： 在同一片材的不同位置多次测量（例如5-10个点）。如果接触角值高度一致（标准差小），通常表明表面清洁均匀。

• 测量已知标准样品： 定期测量经过严格清洁处理的已知接触角范围的标准样品，检查测量值是否在其标称值范围内

5.  记录与追溯：

详细记录每个样品的清洁步骤、使用的溶剂批次、清洁时间、操作人员、环境条件等。当测量结果异常时，这些记录是排查问题（是否清洁环节出问题）的重要依据。

总结

接触角测量的核心在于真实反映固体/液体/气体三相界面的相互作用。任何破坏固体表面本征性质的污染物都是准确测量的敌人。通过制定严格的SOP、使用高纯耗材、选择正确的清洁方法组合等才能最大限度地克服这个“忽略的陷阱”，获得准确、可靠、可重复的接触角数据。

参考文献

1,KLETT A, KENDALL M. High-reliability adhesive bonding of polymeric substrates through atmospheric plasma treatment.Proceedings of SMTA International, 2022: 710-716.