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超疏水材料的接触角测量

发布:北京东方德菲仪器有限公司
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      超疏水表面指难以被水润湿的表面,在这种表面上水滴难以铺展,水总是团聚在一起。 测量液滴和材料的接触角是评价材料表面润湿性的主要方法,超疏水材料的接触角甚至会大 于 150°。为了全面的评价超疏水材料的润湿性,在实验中有必要测量液滴的前进角、后退 角和滚动角等动态过程。 

      使用光学接触角测量仪测量接触角首先需要将液滴转移到材料表面,但是由于材料的超疏水特性,液滴总是粘附在注射针的顶端,很难转移到材料表面。如果过分增大液滴的体积, 利用重量把液滴转移下来,过大的液滴会增加准确测量接触角的难度。有人不得不用手指轻 弹注射针抖落液滴,这也不是规范的实验操作。非接触式注液是目前解决这个问题的好方法。 

      非接触式注液是指通过注射器上的喷嘴,利用注射泵的脉冲推射液滴,使液滴直接落到 材料表面上。这种注液方式完全避免了液滴在注射针针头上的粘附,彻底解决了液滴转移的 问题。 

图 1 非接触式注液(注射时间约 200ms).png

图 1 非接触式注液(注射时间约 200ms) 

      在液体转移到材料表面之后,仪器会自动拍下一张清晰的照片。为了准确的计算液滴的 接触角,我们建议使用 Laplace-Young 算法。因为在超疏水材料上的液滴接触角很大,呈现 很好的轴对称性,在诸多接触角计算的模型中,Laplace-Young 算法全面考虑到重力、密度 等因素对液滴形状的影响,所以它是Z为准确的测量水平的超疏水材料表面上液体接触角的 计算方法。 

图 2 Laplace-Young 法计算接触角.png

图 2 Laplace-Young 法计算接触角 

      为了全面的评价超疏水材料的润湿性,除了测量液滴在在水平的材料表面上的接触角之 外,我们往往还要测量液滴在材料倾斜表面上的前进角、后退角、和滚动角。使用自动倾斜 台可以方便的完成这种测量。这里需要注意到液滴处于倾斜表面上在重力作用下已经不再对 德菲知识分享 称,所以 Laplace-Young 法一般不再适用,此时需要使用能够对液滴表面分段拟合计算的一些专用方法,例如 Truedrop 算法。

图 3 倾斜台测量动态接触角和滚动角.png 

图 3 倾斜台测量动态接触角和滚动角

如果仪器没有配置自动倾斜台,那么可以考虑使用注液-吸液法测量前进角和后退角。 在注液和吸液过程中注射针可能会偏离液滴的ZX,这时如果注射针架可以在 X/Y/Z 三轴精密移动,将会方便的调整注射针的位置,使得注射针对液滴形状的影响降到Z小,能够较为 准确的测量前进角和后退角的数值。 

图 4 注液-吸液法测量动态接触角.png

图 4 注液-吸液法测量动态接触角 

Z后在进行数据分析的时候,接触角的数值变化往往和三相接触点位置的变化紧密相关。 所以在动态数据图表上**同时显示接触角的变化曲线和三相接触点位置的变化曲线。这样才能完整准确的描述前进角和后退角的形成及变化过程。

 图 5 动态接触角数据曲线图 加液-减液法.png

 图 5 动态接触角数据曲线图 加液-减液法



(来源:北京东方德菲仪器有限公司)

2019-07-19
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