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淺析超疏水材料的接觸角測(cè)量方法

  超疏水表面指難以被水潤(rùn)濕的表面，在這種表面上水滴難以鋪展，水總是團(tuán)聚在一起。測(cè)量液滴和材料的接觸角是評(píng)價(jià)材料表面潤(rùn)濕性的主要方法，超疏水材料的接觸角甚至?xí)笥?150°。為了全面的評(píng)價(jià)超疏水材料的潤(rùn)濕性，在實(shí)驗(yàn)中有必要測(cè)量液滴的前進(jìn)角、后退角和滾動(dòng)角等動(dòng)態(tài)過(guò)程。

使用光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)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(guò)分增大液滴的體積，利用重量把液滴轉(zhuǎn)移下來(lái)，過(guò)大的液滴會(huì)增加準(zhǔn)確測(cè)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(shí)驗(yàn)操作。非接觸式注液是目前解決這個(gè)問(wèn)題的好方法。非接觸式注液是指通過(guò)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(wèn)題。

在液體轉(zhuǎn)移到材料表面之后，儀器會(huì)自動(dòng)拍下一張清晰的照片。為了準(zhǔn)確的計(jì)算液滴的接觸角，我們建議使用 Laplace-Young 算法。因?yàn)樵诔杷牧仙系囊旱谓佑|角很大，呈現(xiàn)很好的軸對(duì)稱性，在諸多接觸角計(jì)算的模型中，Laplace-Young 算法全面考慮到重力、密度等因素對(duì)液滴形狀的影響，所以它是最為準(zhǔn)確的測(cè)量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的計(jì)算方法。

為了全面的評(píng)價(jià)超疏水材料的潤(rùn)濕性，除了測(cè)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(cè)量液滴在材料傾斜表面上的前進(jìn)角、后退角、和滾動(dòng)角。使用自動(dòng)傾斜臺(tái)可以方便的完成這種測(cè)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(duì)稱，所以 Laplace-Young 法一般不再適用，此時(shí)需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計(jì)算的一些專用方法，例如 Truedrop 算法。

如果儀器沒(méi)有配置自動(dòng)傾斜臺(tái)，那么可以考慮使用注液-吸液法測(cè)量前進(jìn)角和后退角。在注液和吸液過(guò)程中注射針可能會(huì)偏離液滴的中心，這時(shí)如果注射針架可以在 X/Y/Z 三軸精密移動(dòng)，將會(huì)方便的調(diào)整注射針的位置，使得注射針對(duì)液滴形狀的影響降到最小，能夠較為準(zhǔn)確的測(cè)量前進(jìn)角和后退角的數(shù)值。

最后在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點(diǎn)位置的變化緊密相關(guān)。所以在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)圖表上最好同時(shí)顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點(diǎn)位置的變化曲線。這樣才能完整準(zhǔn)確的描述前進(jìn)角和后退角的形成及變化過(guò)程。