全自动型接触角与杨氏方程

液体滴于固体表面上，随着液体性质的不同，液体或铺展而覆盖固体表面，或形成一液滴停于其上。如下图所示。我们把液体与固体平面所形成的液滴的形状用接触角（contact angle）来描述。准确的接触角是在固、液、气三相交界处，自固液界面经液体内

部到气体界面的夹角，通常以θ来表示。接触角是分析此式最早是T.Young在1805年提出的，常称为杨氏方程。这是润湿的基本公式，亦称为润湿方程，可以看作是三相交界处三个界面张力平衡的结果。此关系式适用于三相交界处固液、固气界面共切线体系。具体应用中，我们把接触角大小作为评判润湿性的重要指标。通常接触角越小，润湿性也就越好。习惯上，我们把θ=90°定义为润湿与否的标准。我们把θ＞90°为不润湿；θ＜90°为润湿，平衡接触角。

  接触角的计算与测量方法

一. 接触角的计算方法

对于理想的平面固体表面，当液滴在表面达平衡后。只有一个符合Young方程的接触角。但实际固体表面是非理想的，因而会出现滞后现象，致使接触角的测量往往很难重复。但经过精心制备和处理的表面，有可能得到较重复的数据，特别是高分子的表面。表面的制备和处理的目的是要得到较光滑、干净的理想表面，但具体的工艺因样品而异，这里不作更多的介绍。这里主要介绍一些常用的接触角测定方法，它们都是针对气—液—固体系的接触角而设计的。但其中有些方法，只需略加修改，亦适用于液—液—固体系接触角的测定。测定接触角有多种方法，可根据直接测定物理量分为四类：⑴静滴法（角度测量法）、⑵高度、长度测量法⑶力测法⑷透过测量法。前三种适用于连续的平滑固体表面，后一种方法可用于粉末固体表面接触角的测定。

（一）量角法

液滴角度测量法是测量接触角的方法之一，如图3（a，b）所示。该方法是将固体表面上的液滴，或将浸入液体中的固体表面上形成的气泡投影到屏幕上，然后直接测量切线与相界面的夹角，直接测量接触角的大小。

图3   量角法示意图

如果液体蒸气在固体表面发生吸附，影响固体的表面自由能，则应把样品放入带有观察窗的密封箱中，待体系达平衡后再进行测定。此法的优点是：样品用量少，仪器简单，测量方便。准确度一般在土1^o左右。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的变形可以忽略不计，这时的躺滴可认为是球形的一部分，如图4所示。接触角可通过高度的测量按下式计算：

式中h是液滴高度，d是滴底的直径。若液滴体积小于10^-4mL，此方法可用。若接触角小于90^o，则液滴稍大亦可应用。

图4  量高法示意图

液滴在纤维上的接触角也可用量角法测量，把纤维水平拉直．置于样品槽内，然后投影到电脑屏幕，直接测定液滴与纤维表面的夹角。如果液滴很小，接触角也可用量高法测量，通过式（8）来计算。

实际固体表面几乎都是非理想的，或大或小总是会出现接触角滞后现象．因此，需同时测定前进角和后退角。对于躺滴法，可用增减液滴体积的办法来测定。增加液滴体积时测出的是前进角，如图5(a)所示；减少液滴体积时为后退角，如图5(b)所示。

                  （a）前进角   （b）后退角

图5   前进角和后退角的测定方法

为了避免增减液滴体积时可能引起液滴振动和变形，在测定时可将改变液滴体积的毛细管插入液滴中，插入液滴不影响接触角的数值。

（三）仪器测量方法

1.接触角多元化分析方式：全自动拟合法，半自动拟合法，手动水平测量，手动斜面测量；

2.多元化软件计算方法：圆环拟合法(40度以下)；椭圆拟合法(40-120度)；Young-Lapalacer拟合法(120度以上)；

3.精准的表面自由能计算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（软件中预装部分液体数据库，可扩展）；

4.一键式软件测量操作：【按空格键】--打开摄像头；【按1键】--精准的控制滴液；【按2键】--高精度的进行全自动测量；

5.不规则产品测量拓展：凹凸面测量，曲面测量，滚动角测量,前进角后退角测量，高温接触角测量；

6.高速拍照方式：单张/连续/录像；录像任意电影单张导出；录像视频可自动快速测量；

7.细致化数据库管理：导出Excel表格数据 word图片数据；图片文字显而易见。