接触角测量仪是一种高精度的表面分析仪器,能够准确完成接触角、滚动角、表面自由能及表界面张力等多项关键参数的测量。
1. 接触角(Static Contact Angle)
定义:液滴在固体表面的切线与固-液交界线的夹角,反映材料的润湿性能。
测试方法:
座滴法(Sessile Drop Method):通过微量进样器精确控制液滴体积,高速相机捕捉液滴轮廓图像;软件基于Young-Laplace方程自动拟合计算角度值,精度可达±0.1°。
增/减体积动态法:连续改变液滴大小观察角度变化趋势,用于研究非理想表面的滞后现象。
应用意义:判断材料亲疏水性、涂层均匀性评估、表面改性效果验证等。例如,手机玻璃镀膜后的防指纹特性即依赖高接触角设计。
2. 滚动角(Tilting Angle / Roll-off Angle)
操作流程:缓慢倾斜样品台直至液滴开始滚动瞬间的角度即为滚动角,量化表面的粗糙度或异质性。
典型用途:区分超疏水状态(极低滚动角)与普通疏水状态;评估自清洁表面的有效性——如荷叶效应叶片表面的微小倾角即可使水滴脱落带走污垢。
3. 表面自由能(Surface Free Energy, SFE)
理论模型:依据Owens-Wendt-Rabel & Kaelble (OWRK)模型,通过测量两种不同极性液体的接触角数据,解算得到色散分量和极性分量之和即为总表面能。
实验要点:需选用已知表面张力的标准液体系,并确保样品前处理一致性(如UV清洗、等离子处理)。该指标直接影响粘接强度、印刷适性等领域的材料选择。
4. 表界面张力(Interfacial Tension)
实现方式:采用悬滴法,将一滴液体悬挂于注射器针头下方形成完*球冠形状,利用Bashforth-Adams表计算界面张力值。相比传统环法,此方法避免机械扰动带来的误差。
行业价值:日化品乳化稳定性控制、石油采收率优化中的驱替效率测算均依赖此项数据。
二、接触角测量仪确保测量可靠性的关键要素
1.样本制备规范
固体样品需经超声清洗去除油污后氮气吹干;粉末状试样应压片成型保证平整度。对于吸水性材质,建议在干燥器内预处理平衡湿度。
2.环境干扰排除
避免气流扰动导致的液滴颤动(可在防风罩内操作);温度波动会影响液体粘度进而改变接触角读数,精密实验应在±0.5℃稳定环境中开展。
3.校准验证机制
定期使用标准物质标定系统误差:如用去离子水校准零点,或采用认证的标准片。
