[发明专利]一种憎水性材料静态接触角计算方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面能检测技术领域，尤其涉及一种憎水性材料静态接触角计算方法。

背景技术

憎水性是材料表面的重要性能，憎水性可以通过接触角来反映。静态接触角通常是指液滴处于水平静止状态时对应的接触角，它满足Young-Laplace方程。

静态接触角的测量方法最为常用的是座滴法，接触角测量中关键部分是接触角的计算。理论上，无论液滴体积和接触角如何，平面上液滴成像后图像上液滴的边缘都满足Young-Laplace方程，轴对称形状分析法(axisymmetric drop shape analysis-profile，ADSA-P)通过牛顿法等对方程中的参数进行寻优可拟合液滴边缘，该算法具有不错的效果，尤其是当液滴体积大、接触角大时具有明显的优势，但该算法存在迭代可能会不收敛的问题，尤其在初值与准确值差距较大或液滴边缘噪声较大时发生的可能性会增大，同时该算法在求解过程中要涉及3个常微分方程组，无论是计算量还是编程难度均要远大于以上所提其他算法，而该算法受噪声影响较大，尤其是在接触角较小，同时液滴体积也不大时误差也相对较大。静态接触角计算方法方面有待继续研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种憎水性材料静态接触角计算方法，能解决上述技术存在的不能准确计算静态接触角、计算效率偏低的问题。所述方法包含以下步骤：

步骤1：通过垂直于基材表面的相机拍摄获得液滴图像，根据真实图像提取得到液滴边缘、液滴最大半径(L)和液滴高度；

步骤2：根据常微分方程形式的Young-Laplace方程，推导得出满足所述方程的近似解；

步骤3：根据步骤1得到的液滴最大半径、液体参数信息和步骤2得到的近似解，得到理论上的液滴边缘点坐标；

步骤4：根据步骤3产生的液滴边缘坐标和步骤1测得的液滴高度，采用二分法确定静态接触角。

所述液体参数信息为液体的密度(ρ)和液体的表面张力(γ)。

所述近似解为：

x＝x₀+δx₁+δ²x₂

y＝y₀+δy₁+δ²y₂

p＝p₀+δp₁+δ²p₂

式中

δ=L2ρgγ]]>

p₀＝2

p1=-13]]>

p2=ln23-16]]>

其中：

x为归一化的液滴边缘点的横坐标；

y为归一化的液滴边缘点的纵坐标；

p无实际物理意义，为中间参数；

g为重力加速度；

为液滴某一边缘点处切线与水平面之间的旋转角。

所述液滴边缘点理论上的坐标包含沿径向的横坐标(r)，和沿竖直方向的纵坐标(z)；所述横坐标(r)和纵坐标(z)的计算公式为：

r＝xL，

z＝yL。

二分法计算静态接触角的步骤为：