[实用新型]一种液滴边缘线速度近似恒定的动态接触角测定仪

说明书

本实用新型属于实验分析仪器技术领域，公开了一种液滴边缘线速度近似恒定的动态接触角测定仪，设置有底座支架，所述底座支架上固定安装有样品台，所述样品台上安装有相互匹配的CCD相机及光学镜头和亮度可调LED光源，所述亮度可调LED光源通过电源变压控制器连接CCD相机及光学镜头，所述CCD相机及光学镜头通过数据线连接计算机系统；所述样品台的表面设置有供进样针穿过的进样孔，所述进样针通过进样连接管与微量进样器相连并由下向上穿过样品台上的进样孔。进样针与固体样品台上的进样孔和样品能够紧密结合，保证从样品下方向上进样的时候液体不会从针孔渗出，提高了加工的精度。

技术领域

本实用新型属于实验分析仪器技术领域，尤其涉及一种液滴边缘线速度近似恒定的动态接触角测定仪。

背景技术

液体在固体材料表面上形成的接触角，是衡量该液体对该材料表面润湿性能的重要参数。接触角可以给出材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息。接触角测量技术不仅可以表征材料的表面性能，而且在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂、喷涂、污水处等领域也有着重要的应用。

根据表面张力组成理论，结合Young方程，可以得到以下方程：

或者表示为：

该方程包括非极性部分、酸性γ⁺和碱性γ^-三个未知参数。利用至少三种性质不同液体为探针，通过接触角实验测定出液体在固体表面各自的接触角值，解三个联立方程组，固体的表面张力组成参数就能够得到。现在大都应用基于上述方程编制的表面张力软件进行计算。但是在如何选择三个液体为一个组合时，STC理论没有给出任何选择规则，这就导致之后的很多研究人员任意选择液体体系来测定材料的表面张力组成，出现了许多不可靠甚至错误的表征结果。

Young方程中的接触角值原则上是一个平衡态的值，而实际上当一滴液体滴到固体表面上时，液体不能马上铺展开，而是经过一段时间之后缓慢的铺展开，这就是接触角的滞后。关于滞后的原因可能是：①表面粗糙引起的。很多人都同意这个观点，就是表面粗糙、不光滑是接触角滞后的一个重要原因，实际也的确如此。②液体自身性质的差异引起的。

动态接触角技术及轴对称形状分析(ADSA)技术是通过测定体积不断增加的液滴的前进角或者后退角来研究接触角问题的技术，与静态接触角技术相比，它可以提供更丰富、更准确的接触角信息。动态接触角技术中，前进角度是最重要的。动态接触角测定装置一般是由步进电机驱动的液体自动进样系统、视频采集与光学系统和计算机系统组成。依据进样时注射器针尖位置的不同，可以有液滴上部进样与液滴底部进样两种形式。后者针尖对液体形状没有影响。在该技术中有两个参数：前进角、后退角。前进角是指液滴边缘前进时的角度，后退角是指液滴收缩时的角度。这两个角度的差称为接触角滞后。固体总的表面自由能可以从液体的表面自由能、接触角的前进角、后退角计算出来。通过探讨了前进角、后退角与Young方程的平衡接触角之间的关系，得到：

当液体部分润湿固体表面时，液滴的形状是由表面张力与重力两个因素决定的。表面张力倾向于使液滴为球形；重力倾向于使液滴变成扁平(座滴)或者拉长液滴(悬滴)。液滴的形状可以用Laplace的毛细管方程来描述：

为了读取液滴的角度，早期的方法是利用照相的方法(量角法或者量高法)，或者直接在显微镜上读取，但是都不太准确。目前公认的最准确的技术是轴对称形状分析(ADSA)技术。ADSA是通过分析Laplace方程来进行液滴角度计算的，是动态接触角技术常用的方法。通常需要系统拥有CCD摄像系统以及影响处理系统。图片最常用的分辨率是640×480和256的灰度，下图是座滴动态接触角系统以及ADSA技术的配置原理图[162]。将一个CCD摄像机装在显微镜上，液滴的视频信号被传送到数字视频处理器，将液滴的轮廓抓图进行数字化处理，然后传送至计算机，由计算机进行图像的分析和计算。