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淺析超疏水材料的接觸角測量方法
發布時間：2022-08-20 點擊次數：2222
超疏水表面指難以被水潤濕的表面，在這種表面上水滴難以鋪展，水總是團聚在一起。測量液滴和材料的接觸角是評價材料表面潤濕性的主要方法，超疏水材料的接觸角甚至會大于 150°。為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，在實驗中有必要測量液滴的前進角、后退角和滾動角等動態過程。
使用光學接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉移到材料表面，但是由于材料的超疏水特性，液滴總是粘附在注射針的頂端，很難轉移到材料表面。如果過分增大液滴的體積，利用重量把液滴轉移下來，過大的液滴會增加準確測量接觸角的難度。有人不得不用手指輕彈注射針抖落液滴，這也不是規范的實驗操作。非接觸式注液是目前解決這個問題的好方法。非接觸式注液是指通過注射器上的噴嘴，利用注射泵的脈沖推射液滴，使液滴直接落到材料表面上。這種注液方式完全避免了液滴在注射針針頭上的粘附，徹底解決了液滴轉移的問題。
在液體轉移到材料表面之后，儀器會自動拍下一張清晰的照片。為了準確的計算液滴的接觸角，我們建議使用 Laplace-Young 算法。因為在超疏水材料上的液滴接觸角很大，呈現很好的軸對稱性，在諸多接觸角計算的模型中，Laplace-Young 算法全面考慮到重力、密度等因素對液滴形狀的影響，所以它是最為準確的測量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的計算方法。
為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，除了測量液滴在在水平的材料表面上的接觸角之外，我們往往還要測量液滴在材料傾斜表面上的前進角、后退角、和滾動角。使用自動傾斜臺可以方便的完成這種測量。這里需要注意到液滴處于傾斜表面上在重力作用下已經不再對稱，所以 Laplace-Young 法一般不再適用，此時需要使用能夠對液滴表面分段擬合計算的一些專用方法，例如 Truedrop 算法。
如果儀器沒有配置自動傾斜臺，那么可以考慮使用注液-吸液法測量前進角和后退角。在注液和吸液過程中注射針可能會偏離液滴的中心，這時如果注射針架可以在 X/Y/Z 三軸精密移動，將會方便的調整注射針的位置，使得注射針對液滴形狀的影響降到最小，能夠較為準確的測量前進角和后退角的數值。
最后在進行數據分析的時候，接觸角的數值變化往往和三相接觸點位置的變化緊密相關。所以在動態數據圖表上最好同時顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點位置的變化曲線。這樣才能完整準確的描述前進角和后退角的形成及變化過程。
