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接觸角測量儀的基本原理與應用

來源：測試GO 時間：2021-01-21 21:36:11 瀏覽：18930次

1引言

接觸角是一項表征液體在固體表面潤濕的重要參數，由其可以了解液體在一定固體表面的潤濕程度。所謂接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ。而接觸角測量儀，主要用于測量液體與固體之間的接觸角，即液體對固體的浸潤性。該儀器能測量各種液體對各種材料的接觸角，對石油、印染、醫藥等行業的科研生產有非常重要的作用。

2接觸角的測定與計算方法

2.1接觸角的測量方法

測量接觸角的方法有多種，主要分為以下兩類：一類是直接法，即直接測量接觸角的大小，其精度由測角器所決定；另一類是間接法，即通過其它物理量（長度、質量）的測定以及該物理量與接觸角之間的定量關系來計算出接觸角的大小，其精度由測定長度或質量的儀器精度以及它們間的定量關系式的準確度共同決定。相關介紹如下：

a)直接測量法：作為廣泛使用的方法，該法將液滴直接滴在固體表面上，直接或先拍下照片后再用量角器定接觸角。若固體是板條則可采用斜板法測定：將試樣板浸入液體中，緩慢使試樣板傾斜至板面一邊的液體呈水平，插入液體部分的板面與液面所成的角即為接觸角。

b)長度測量法：直接法測量時往往要先確定切線的位置，較難做到準確。而長度測量法則是將液體滴在固體表面上并拍下照片，測定液滴與平面接觸面的半徑和其高度。該法有利于避免直接測量法存在的弊處。

c)重量測量法：對于固體粉末，先將其壓制成一多孔塞，測定將液體壓入（不潤濕固體粉末）或者壓出（潤濕固體粉末）時所需的壓力，則可計算出來。

2.2接觸角的計算方法

目前計算接觸角的方法主要有以下四類：

a)切線法：用量角器測量，精度不準，誤差大，為最傳統的方法；

b)寬高法：又稱θ/2法或圓環法，適用于測量小于20?的接觸角；

c)橢圓法：適用于不同角度的觸角測量；

d)L-Y法：即Laplace/Young法，適用于測量大于120?的接觸角。

3接觸角測量儀簡介

作為測量接觸角的儀器，接觸角測量儀的應用相對廣泛，接下來對其進行簡要介紹：

3.1接觸角測量儀的組成

接觸角測量儀主要由光源、樣品臺、鏡頭、圖像采集系統和進樣系統組成，如圖1所示。

圖1

3.2接觸角測量儀的操作流程

接觸角的測試過程主要包括以下步驟：a)放置樣品；b)電動注射液滴；c)上升樣品平臺接液滴；d)固體樣品接觸到液滴；e)下降樣品平臺；f)拍照；g)分析獲得結果。

4接觸角測量儀的工作原理

恒溫恒壓下，用接觸角測量儀本身附帶的注射器針頭將一滴待測液體滴在固體基質上。液滴會貼附在基質表面上，其間的相關作用力如圖2所示：固體與氣體之間的表面張力記為γSV，液體與氣體之間的表面張力為γLV，固體與液體之間的表面張力為γSL。按照接觸角（θ）的定義，其可以根據楊氏公式γSV-γSL=γLVcosθ求出大小量值。