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俯视法接触角测量仪测定接触角的方法有哪些?

发布日期:2020-06-01      浏览次数:187

通过俯视法从上方拍摄液滴来测定接触角的方法主要有三种:a)通过测量CD基于球面模型的俯视法; b)基于对液滴顶点周围液滴曲率的测量的俯视法; c)基于Laplace-Young模型的俯视法。这三种方法都有一个共同点,那就是必须知道液滴的体积。

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       方法a)和b)都基于球体模型,这意味着假设液滴只是球体的一部分,并且其曲率半径是恒定的,而与液滴轮廓的位置无关。 这是一个非常粗略的近似值,类似于在侧视法测量中使用的所有基于球形模型的计算方法。 这些方法仅对于具有低接触角的小液滴提供了合理的结果,并且在大多数情况下,仅适用于水作为测试液体。 方法误差随着液滴体积和接触角值的增加以及所用测试液体的毛细管常数α的减小而增加。 在所有常见的测试液体中,水的α值最大,因此接近球形模型假设。这两种方法不能用于大于90度的接触角,因为误差会太大。 此外,方法b) 给出的方法被限制在90度以下接触角的非常窄的范围内,并且在操作上非常麻烦。

 

       方法c)是基于Laplace-Young 方程,该方程描述了座滴静态平衡时的表面/界面边界(请参见下侧的方程和图片)。液滴的外形由参数α和 b决定,其中α是系统的毛细管常数,b是液滴顶点O处的曲率半径。

       对于给定的液体,例如水,已知α,因此液滴的体积V是b及其高度H的函数。每对(bH)对应CD和MD的特定值,CD和MD分别是液滴的接触直径和最大直径。对于接触角在90度以下的液滴,可以从上方看到并测定CD,而对于接触角在90度以上的液滴,可以看到并测定MD。有了通过实验测定的CD或MD数值,就可以计算出它们对应的(bH)对。随后,利用bH 和 α的值,可以明确地计算出三相接触线(基线)处的接触角。对于给定的α和V,在数学上不可能同时对应(b, CD)对和(b, MD)对,因为只能对应它们中的一个。因此,软件可以自动识别通过从上方成像而确定的液滴直径是CD还是MD。

 

       由此,通过液滴的体积及其毛细常数α,可以借助于图像分析从上方测量液滴直径来确定接触角。该方法既适用于小于90度,也适用于大于90度的接触角。

 

       如上所述,MOB是基于Laplace-Young模型的,它精确地考虑了引力效应和界面张力。 因此, MOB方法在测试液体的种类、液滴体积和接触角数值等方面没有局限性。

 

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