超疏水材料的接觸角測量

      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(tài)過程。 

      使用光學(xué)接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guī)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(zhuǎn)移的 問題。 

圖 1 非接觸式注液（注射時間約 200ms） 

      在液體轉(zhuǎn)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(xiàn) 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Z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。 

圖 2 Laplace-Young 法計算接觸角 

      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(jīng)不再對 德菲知識分享 稱，所以 Laplace-Young 法一般不再適用，此時需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計算的一些專用方法，例如 Truedrop 算法。

圖 3 傾斜臺測量動態(tài)接觸角和滾動角

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ZX，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(diào)整注射針的位置，使得注射針對液滴形狀的影響降到Z小，能夠較為 準確的測量前進角和后退角的數(shù)值。 

圖 4 注液-吸液法測量動態(tài)接觸角 

Z后在進行數(shù)據(jù)分析的時候，接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點位置的變化緊密相關(guān)。 所以在動態(tài)數(shù)據(jù)圖表上**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。

 圖 5 動態(tài)接觸角數(shù)據(jù)曲線圖 加液-減液法

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）