接觸角在納米材料表面改性應(yīng)用
1)當(dāng)θ=0，*潤(rùn)濕；
2)當(dāng)θ﹤90°，部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕；
3)當(dāng)θ=90°，是潤(rùn)濕與否的分界線；
4)當(dāng)θ﹥90°，不潤(rùn)濕；
5)當(dāng)θ=180°，*不潤(rùn)濕。
潤(rùn)濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。
1.什么是接觸角
接觸角是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線與固-液交界線之間的夾角θ，是潤(rùn)濕程度的量度。若θ<90°，則固體是親液的，即液體可潤(rùn)濕固體，其角越小，潤(rùn)濕性越好；若θ>90°，則固體是憎液的，即液體不潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)，不能進(jìn)入毛細(xì)孔。
2.測(cè)試方法:
接觸角現(xiàn)有測(cè)試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用泛,測(cè)值直接與準(zhǔn)確的還是外形圖像分析方法.外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來.計(jì)算接觸角的方法通?；谝惶囟ǖ臄?shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測(cè)量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計(jì)算得出接觸角值。young-laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來準(zhǔn)確地描述一軸對(duì)稱的液滴的外形輪廓，從而計(jì)算出其接觸角。
3. 通俗概括
接觸角并不復(fù)雜，就是液滴在固體表面自然形成的半圓形態(tài)相對(duì)于固體平面的外切線。接觸角的應(yīng)用非常廣泛，甚至可以說涉及到身邊的每個(gè)細(xì)節(jié)，比如我們希望汽車玻璃上不沾雨水、但反之我們希望汽車鋼板上的油漆脫落。其他比如農(nóng)藥和蔬菜葉面、涂料和內(nèi)外墻面、絕緣油和絕緣材料、納米材料表面改性等等，從教學(xué)科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到日常生活，舉不勝舉。
4. 界面接觸角測(cè)試儀運(yùn)用領(lǐng)域
廣泛運(yùn)用 教育科研 化妝品、選礦、造紙、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑材料、環(huán)境保護(hù)、海洋、化工、石油、噴涂、油漆油墨、印染、紡織、光學(xué)、液晶顯示器 生物制藥 醫(yī)療器材 太陽能等行業(yè)
1. 接觸角測(cè)量范圍：0～180°
2. 滾動(dòng)角測(cè)量范圍：0～360°(選配，如需要可以選擇sci3000f型)
3. 接觸角分辨率：0.01°
4. 接觸角測(cè)值精度：±0.1°(θ/2 法)
5. 表面張力測(cè)試方法：懸滴法
6. 表面張力測(cè)試范圍：0～1000mn/m
7. 表面張力測(cè)試分辨率：0.01mn/m
8. 儀器尺寸及重量：245wx530dx450h mm 12 kg
9. 電源：ac220—240v 50hz
（一） 樣品臺(tái)及其控制：
1、樣品臺(tái)移動(dòng)：三維控制，xy行程：手動(dòng)±50mm 精度：0.1mm z行程：手動(dòng) 25mm 精度：0.01mm
2、樣品臺(tái)大小：70*100mm
3、樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)：360°滾動(dòng)角測(cè)試平臺(tái) (選配)
4、儀器水平控制：樣品臺(tái)水平控制、鏡頭水平控制和整機(jī)四腳水平
（二） 進(jìn)液系統(tǒng)及其控制：
1、進(jìn)液系統(tǒng)：手控制*系統(tǒng)
2、進(jìn)液器： 50ul、100ul及魯爾式高精度微量進(jìn)樣器一套
3、針頭： 0.7mm 標(biāo)準(zhǔn)針頭、0.14mm超細(xì)針頭及疏水針頭一套
4、進(jìn)樣器控制：xy 行程：手動(dòng) 12.5mm*12.5mm 0.01mm精度 z行程：手動(dòng)25mm 0.01mm精度 實(shí)現(xiàn)移液及焦距對(duì)焦功能
5、進(jìn)樣模式：程序設(shè)置進(jìn)樣區(qū)域，多點(diǎn)自動(dòng)按序拍攝，統(tǒng)一分析計(jì)算，自動(dòng)得到數(shù)據(jù)，一鍵出結(jié)果。
（三） 成像系統(tǒng)及其控制：
1、鏡頭控制：一維俯仰控制
2、鏡頭：高性能工業(yè)連續(xù)放大鏡頭，0.7-5x光學(xué)放大，有效像素55 -320 pixel/mm
3、相機(jī)系統(tǒng)：工業(yè)級(jí)超低照度ccd系統(tǒng)（專業(yè)），放大倍數(shù)可達(dá) 60 倍
4、水平解析度：750線，0.0005lux照度
5、相機(jī)通訊：進(jìn)口芯片系列ccd，25幀/秒（60幀/秒）的速度，或更高幀率
6、分辨率（低）：1280*1024
7、背景光：連續(xù)可調(diào)亮度led冷光源 ，50個(gè)左右高亮度led燈，進(jìn)口亞克力遮光片技術(shù)，發(fā)光均勻。
8、七維調(diào)整平臺(tái)
四、軟件指標(biāo)：
1、接觸角分析方法:
6種： 量高法、五點(diǎn)擬合法、量角法、插板計(jì)算法、懸滴擬合法、自動(dòng)影像分析法等
2、可測(cè)靜態(tài)接觸角、動(dòng)態(tài)接觸角（滾動(dòng)角）、前進(jìn)接觸角、后退接觸角、液滴表面張力、表面自由能和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
3、接觸角數(shù)據(jù)取得方式：全自動(dòng)測(cè)值和人工修整相結(jié)合。按測(cè)試，軟件自動(dòng)拍照-查找敏感點(diǎn)-計(jì)算接觸角值-顯示計(jì)算結(jié)果，整個(gè)過程無須人工干預(yù)，以降低人為因素影響
4、接觸角量測(cè)技術(shù)：數(shù)學(xué)模型擬合與真實(shí)液滴外廓實(shí)際量測(cè)相結(jié)合，解決非對(duì)稱圖像測(cè)值問題
5、測(cè)試液滴狀態(tài)，共4種：懸滴法(pendant drop/測(cè)表面張力)、停滴法(sessile drop)（2/3態(tài)）、氣泡虜獲法、插板法等
6、曲面修正：上凸曲面、下凹曲面、表面粗糙度修正
7、動(dòng)/靜態(tài)接觸角測(cè)試，可測(cè)試前進(jìn)和后退角，傾斜角和滾動(dòng)角值（需要加配旋轉(zhuǎn)平臺(tái)）
8、拍攝圖像方法：?jiǎn)螐埢?0幀/秒連續(xù)拍攝
9、左右接觸角值分別計(jì)算與比較功能，軟件自動(dòng)求取平均接觸角
10、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能：備份、壓縮、導(dǎo)出excel表格，測(cè)值以及曲線擬合結(jié)果均可保存到導(dǎo)出的圖片上，直觀明了。
11、視頻錄相功能：錄制avi格式影視圖像，可用于ppt文件制作
12、多種表面自由能估算模型，至少有9種表面自由能估算模型，不但能分析低能固體表面，也能分析高能固體表面
測(cè)量表觀接觸角的意義
上面也提到，楊氏關(guān)系式只適用于理想的固體表面。后者是指光滑、平整、均勻、無孔隙以及不與所接觸的液體起任何化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)發(fā)生吸收/滲透等作用的表面。這里的均勻既是指化學(xué)屬性（如化學(xué)組成），也是指物理屬性（如取向、排列、有序性等）的均勻。這些條件對(duì)一固體表面提出了很高的要求，是多數(shù)通常的樣品所無法達(dá)到的。所以在通常的固體表面上觀測(cè)到的（也即測(cè)量到的）接觸角被稱為表觀接觸角（apparent contact angle）。表觀接觸角并不一定是液體/固體表面組成的體系常數(shù)，也就是說，同一液體在由同一材料制作的固體表面上可以有不同的表觀接觸角，因?yàn)槠鋽?shù)值不但與材料有關(guān)，也與表面的許多其它屬性有關(guān)。這些屬性包括表面的光滑程度，平整程度，幾何/微觀形貌，分子排列取向，對(duì)液體的吸濕性，滲透性等。另外表觀接觸角也很可能與液滴的形成方式有關(guān)。在這里我們排除了液體與固體表面發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的可能性，因?yàn)槠鋵?duì)結(jié)果的影響更是顯而易見的。所以更確切地講實(shí)際測(cè)量過程中獲得的表觀接觸角是一表面多種屬性的綜合參數(shù)，表征著實(shí)際表面對(duì)某一液體的潤(rùn)濕屬性。
以上的討論容易讓人產(chǎn)生一種疑惑的感覺或錯(cuò)綜復(fù)雜的印象：在這種情況下，測(cè)量液滴在固體表面的接觸角有多少價(jià)值，能提供多少信息？答案很簡(jiǎn)單：這正是我們所希望的，因?yàn)檫@正是我們的真實(shí)世界里所發(fā)生的、觀測(cè)到的，當(dāng)然也就是我們研究、測(cè)量的目的。如果反過來假設(shè)一種測(cè)量技術(shù)得到的確實(shí)是真正的楊氏接觸角，那么我們還得想出一種辦法（比如通過理論或模型），使得可以從楊氏接觸角獲得表觀接觸角，因?yàn)槎鄶?shù)情況下我們更關(guān)心的是后者的值。
如果說上面的楊氏關(guān)系式把楊氏接觸角與理想狀態(tài)下的界面作用力聯(lián)系在一起，那么表觀接觸角在一定程度上通過同樣的楊氏關(guān)系式把表觀接觸角與表觀狀態(tài)下（也即真實(shí)情況下）的界面相互作用力以及其它的影響因素（這二者也可以合起來作為表觀界面相互作用力來看待）聯(lián)系在一起，而這正是許多實(shí)際工作所需要的。通過測(cè)量液體在固體表面的接觸角等潤(rùn)濕行為，可以間接獲得固體表面的（表觀）表面自由能信息，表征固體表面各種可影響其潤(rùn)濕行為的參數(shù)。