[发明专利]一种湿法接触角测量装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种湿法接触角测量装置及其测试方法，属于接触角测量技术领域。湿法接触角测量装置包括第一背景灯、第二背景灯、测试结构、第一摄像组和第二摄像组，第一背景灯、第二背景灯、第一摄像组和第二摄像组呈十字分布，且第一背景灯与第一摄像组相对设置，测试结构位于第一背景灯、第二背景灯、第一摄像组和第二摄像组之间。本发明创新性的提出了一种湿法接触角测量的装置与测试方法，通过采用将被测试固体样品固定到由两个光学滑台组成的固定夹具后再浸入装有探针液体内部，利用浸入深度的压力，将纳米结构或微米结构中的气泡或低密度相实现有效排出，从而进一地，实现了将Cassie‑Baxter模型向Wenzel模型的转换状态条件下的真实接触角值的测量。

技术领域

本发明涉及一种湿法接触角测量装置及其测试方法，属于接触角测量技术领域。

背景技术

接触角值是表征固体材料以及固、液、气三相体系的界面化学性质的重要指标之一。自20世纪40年代，Zisman教授团队提出采用量角器法(宽高法(WH或θ/2法))以来，接触角测量的方式在影像法中主要采用的包括两种状态(如附图1所示)：(1)停滴法(SessileDrop)，其显著特征或定义为在水平停放的固体样品上方滴上一个小液滴；(2)气泡捕获法(Captive Bubble)，其显著特征或定义为将固体样品放在支架上后，浸入到容器中，通过在固体样品的下表面滴一个气泡，测量得到气泡的接触角值后，通过180度减去气泡接触角值得到实际的液体与固体之间的接触角值。

事实上，由于微观(纳米级)以及宏观(微米级)结构的存在或者由于表面粗糙度因子(微米级)的存在，极少数气泡捕获法的气泡接触角值与停滴法的接触角值加和为180度的。如附图2所示的，无纺布的气泡捕获法时接触角值为138度，停滴法时接触角值为122度。

1936年，Robertn.Wenzel在《Resistance of solid surfaces to wetting bywater》(Industrial and engineering chemistry Vol 28,No.8,第988页)中，首次揭示不同亲疏水程度的样品的接触角润湿时的滞后现象。1944年，Cassie和Baxter团队在《wetting of porous surfaces》(Cassie,A.B.D.；Baxter,S.Trans.Faraday Soc.1944,40,第546页)进一步的论证了表面结构对于真实接触角测值的影响。由于技术条件所限，无论是Wenzel还是Cassie-Baxter的模型只是几何意义上的简单表征。2007年，Lichao Gao和Thomas J.McCarthy在文章《How Wenzel and Cassie Were Wrong》(Langmuir 2007,23,3762-3765)进一步的从前进、后退角的角度论证了真实接触角与表观接触角之间与Wenzel-Cassie-Baxter的模型之间的差异。但是，这种表征方法中前进、后退角测量采用增加、减少液体的方法，本身的测值科学性和重复性均不可靠，实际科学意义并不大。