接触角
接触角测量仪原理
接触角测量仪原理接触角测量仪是一种用于测量固体表面润湿性的仪器，通过测量液体与固体表面之间的接触角来反映固体表面的润湿性能。
接触角是指液体与固体表面在接触处所形成的夹角，它是衡量液体在固体表面上的润湿性的重要参数。
在实际生产和科研中，接触角测量仪被广泛应用于表面润湿性的研究和评价。
接触角测量仪的原理主要基于Young方程和表面张力的作用。
当一滴液体滴在固体表面上时，液体分子与固体表面分子之间会发生相互作用，形成一个接触线。
此时，液体表面张力会使液滴试图最小化其表面积，而固体表面张力会使液滴试图最小化其与固体表面的接触面积。
接触角的大小取决于这两种张力的平衡状态，当接触角越小时，液体在固体表面上的润湿性越好；当接触角越大时，液体在固体表面上的润湿性越差。
接触角测量仪通过将液滴滴在固体表面上，然后利用光学、摄像等技术来测量液滴与固体表面形成的接触角，从而得到固体表面的润湿性能参数。
其测量原理主要包括光学测量法、压降法和旋转法等多种方法。
光学测量法是通过光学显微镜或高速相机等设备来观察并测量液滴与固体表面的接触角，其优点是测量精度高，适用于各种固体表面；压降法是利用压力传感器来测量液滴在固体表面上的压降，从而计算出接触角；旋转法是通过旋转固体表面来改变液滴形态，从而得到接触角的变化规律。
接触角测量仪的原理虽然简单，但在实际应用中需要注意一些因素的影响。
例如，固体表面的粗糙度、化学成分、表面能等因素都会对接触角的测量结果产生影响，因此在测量时需要对这些因素进行合理的控制和调整，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，接触角测量仪是一种用于测量固体表面润湿性的重要仪器，其原理基于表面张力和Young方程的作用。
通过测量液滴与固体表面形成的接触角，可以反映固体表面的润湿性能。
在实际应用中，需要注意各种因素对测量结果的影响，以确保测量结果的准确性和可靠性。
接触角测量仪的原理和应用，对于研究固体表面性质、液体在固体表面上的行为等方面具有重要的意义。
各种接触角区分
1.平衡接触角/本征接触角/化学接触角/材料原始接触角e θ：图1理想平面的平衡接触示意图在理想的光滑平整表面上，表面接触角与三个界面张力之间存在以下关系：cos LG e SG SL γθγγ=-（cos e SG SL σθγγ=-）式中，SG γ、SL γ和LG γ分别表示气-固、液-固和气-液的界面张力，e θ是气-液-固三相平衡时的接触角，成为平衡接触角或本征接触角，此方程即Young ’s 方程，也称润湿方程。
2.表面微观接触角/实际接触角e θ：Betelu 等发现表面微观接触角不仅与表面相互作用有关，而且与气-液-固三相接触线长度也有密切关系，这主要是由于线张力（Line tension,τ）的存在增加了液滴的超额自由能。
由热力学方法可以得出： cos SG SL LG e B r τγγγθ=++结合Young ’s 方程，可以变换为： 1cos cos e LG Br τθθγ∞=- τ为线张力，B r 为液滴与固体表面圆形接触面的半径，θ∞为宏观条件下的表面接触角，上式也成为修正Young ’s 方程。
3.表观接触角*θ:Wenzel 状态：cos cos w e r θθ= w θ称为表观接触角，表面粗糙度r 为粗糙表面的实际面积与其水平投影面积之比。
Cassie 状态：cos 1(1cos )c s e f θθ=-++c θ为非均相润湿下的表观接触角，s f 为与液体接触的固体表面占投影面积的比例。
4．表面临界转换接触角Crit θ：Crit 11(1)()f r f θ=--如果材料表面原始接触角小于公式中的临界接触角，那么液体和固体接触部分所包含的空气是不稳定的，Cassie 接触状态很容易转变成Wenzel 接触状态。
为获得稳定的空气层，固体表面必须足够的疏水，临界转变角足够小，因为Cassie 接触状态只有在*θ>Crit θ或*cos 1r θ<-时候是稳定的。
接触角
原理概述1接触角定义当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。
但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。
当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即θγγγcos ///A L L S A S += （1）式中γS/A 、γL/A 、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00-1800之间。
接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。
2润 湿润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。
自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。
润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。
可从图2看出。
图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1m2固面和1m2液面消失，形成1m2固-液界面，则此过程的W A S/L为：W A S/L＝γS/A+γL/A-γS/L （2）（2）铺展润湿当一液滴在1m2固面上铺展时，原有的1m2固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m2液面和1m2固－液界面，则此过程的W S S/L为：W S S/L＝γS/A-γL/A-γS/L （3）（3）浸湿当1m2固面浸入液体中时，原有的1m2固面消失，形成1m2固－液界面，则此过程的W I S/L为：W I S/L＝γS/A-γS/L （4）对上述三类润湿，γS/A和γS/L无法测定，如何求W S/L？分别讨论如下：①粘附润湿将（1）式代入（2）式，可得：W A S/L＝γL/A（1+cosθ）（5）因液体表面张力γL/A为已知，故只需测定接触角θ即可求出W A S/L。
接触角测试标准
接触角测试标准接触角测试是一种常用的表面性质测试方法，它可以用来评估固体与液体之间的相互作用。
接触角是液体与固体表面形成的一个角度，它可以反映出固体表面的亲水性或疏水性。
在实际应用中，接触角测试被广泛应用于表面润湿性、液体浸润性、表面活性剂性能等方面的研究和生产中。
接触角测试标准的制定对于保证测试结果的准确性和可比性具有重要意义。
接触角测试标准的制定需要考虑到测试方法的准确性、重复性和可比性。
首先，测试方法应该能够保证测试结果的准确性，即测试结果应该能够真实地反映出固体与液体之间的相互作用。
其次，测试方法应该具有良好的重复性，即在相同条件下进行多次测试应该能够得到相似的测试结果。
最后，测试方法应该具有良好的可比性，即不同实验室、不同设备下进行的测试应该能够得到相似的测试结果。
在制定接触角测试标准时，需要考虑到测试条件的统一和标准化。
首先，测试样品的制备应该符合一定的标准，包括样品的尺寸、表面处理、清洁方法等。
其次，测试环境的控制也是非常重要的，包括温度、湿度、气压等因素。
最后，测试设备的选择和使用也应该符合一定的标准，包括光源、相机、液滴加注系统等。
在制定接触角测试标准时，还需要考虑到测试数据的处理和分析方法。
首先，测试数据的处理方法应该能够准确地计算出接触角的数值。
其次，测试数据的分析方法应该能够准确地评估固体与液体之间的相互作用。
最后，测试数据的报告方法应该能够清晰地呈现测试结果，包括图表、数据和结论等。
总之，接触角测试标准的制定对于保证测试结果的准确性和可比性具有重要意义。
在制定接触角测试标准时，需要考虑到测试方法的准确性、重复性和可比性，测试条件的统一和标准化，以及测试数据的处理和分析方法。
只有这样，才能够保证接触角测试结果的准确性和可比性，从而推动接触角测试方法的进一步发展和应用。
接触角测试标准
接触角测试标准接触角测试是一种常见的表面性质测试方法，通过测试液体在固体表面的接触角来评估表面的亲水性或疏水性。
接触角测试广泛应用于材料科学、表面工程、涂料、油墨、纺织品、医疗器械等领域。
在进行接触角测试时，需要严格遵守相关的测试标准，以确保测试结果的准确性和可比性。
一、测试仪器和设备。
在进行接触角测试时，需要使用专业的接触角测试仪器，如旋转滴定仪、静态接触角仪等。
这些仪器通常配备有高精度的摄像头和图像分析软件，能够实时捕捉液滴在固体表面的形态，并计算出接触角的数值。
在选择测试仪器时，需要考虑样品的大小、形状、表面性质等因素，以确保测试的准确性和可重复性。
二、样品准备。
在进行接触角测试之前，需要对样品进行准备。
首先，需要确保样品表面干净、平整，没有杂质和污染物。
其次，需要根据测试要求选择合适的测试液体，常用的测试液体有水、甘油、二甲基硅油等。
在选择测试液体时，需要考虑样品的表面性质和测试的目的，以确保测试结果的准确性和可比性。
三、测试方法。
接触角测试通常包括动态接触角测试和静态接触角测试两种方法。
动态接触角测试是通过测量液滴在固体表面的滚动角速度来计算接触角，适用于表面能较低的样品。
静态接触角测试是通过测量静止液滴在固体表面的接触角来评估表面的性质，适用于表面能较高的样品。
在进行测试时，需要根据样品的特点选择合适的测试方法，并严格按照相关的测试标准进行操作。
四、数据分析。
在完成接触角测试后，需要对测试数据进行分析。
通常可以通过图像分析软件测量液滴的形态和接触角的数值，也可以通过数学模型计算表面的能量和粗糙度等参数。
在数据分析过程中，需要注意排除测试误差和干扰因素，确保测试结果的准确性和可靠性。
五、测试标准。
在进行接触角测试时，需要严格遵守相关的测试标准。
不同的行业和应用领域通常有相应的测试标准，如ASTM、ISO、GB等。
在选择测试标准时，需要考虑样品的特点和测试的目的，以确保测试结果的准确性和可比性。
接触角的概念所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相
接触角的概念：所谓接触角就是固一液界面与气一液界面之切线在三相点处的夹角。
接触角的大小决定了润湿程度，接触角本身取决于界面张力的相对大小。
固体表面能被液体润湿，接触角越小．润湿性越大，铺展性也愈大，当接触角为零时，叫完全润湿；固体表面不被液体润湿，说明接触角越大，润湿性越小，辅展性越小，液面易收缩成球形。
当接触角等于180度时，叫完全不润湿。
必须指出，润湿与不润湿是一种相对的概念，没有绝对不润湿酌物质，它们只是程度上的差异。
习惯上是这样区分的：接触角＜90度称为润湿；接触角＞90度，称为不润湿；接触角等于零度，叫完全润湿；接触角＝180度，叫完全不润湿。
以上所指的接触角也叫平衡接触角，它没有考虑表面上的阻力，对一个弯曲液面，由于表面张力的作用。
迫使弯曲液面向内收缩而产生一种额外的压力，这种额外的压力叫做附加压力。
附加压力的方向始终指向曲率中心。
注意附加压力只发生在弯曲液面上。
众所周知，纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。
所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
接触角测量仪仪器介绍：本公司仪器采用现代化工艺制造，仪器采用先进的专用CMOS数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、左右、前后等方向移动。
实现微量进样及上下、左右精密移动。
同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。
仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。
软件搭配修正功能，测试多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。
该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需。
适用于各种行业测定接触角的用户接触角测量仪测量方法：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，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).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）.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.不规则产品测试拓展：凹凸面测试，曲面测试，滚动角测试,前进角后退角测试，高温接触角测试.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.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.接触角测量仪软件分析方法：座滴法（sessile drop）;悬滴法（pendant drop）;薄膜法（lamella method）;掳泡法（Captive bubble method）;包覆纤维法（wetted fiber）;纤维座滴法（sessle fiber drop）;附着滴法（captive bubble）;。
接触角与表面张力关系
接触角与表面张力关系
接触角是指在通过液体的气、液、固三相交点处形成的气液界面的切线与固液分界线之间的夹角θ，是度数的量度。
的润湿。
如果θ<90°，则固体表面是亲水的，即液体更容易润湿固体，角度越小，润湿性越好；如果θ>90°，固体表面是疏水的，即液体不易润湿固体，容易在表面上移动。
液体是否可以
进入毛细管，这也和具体的液体有关，并不是所有的液体都完全不大角度进入毛细管。
[1]
润湿过程与体系的界面张力有关。
当一滴液体落在水平固体表面上时，当达到平衡时，形成的接触角和界面张力满足以下杨氏方程：γSV=γSL+γLV×cosθe
由此，可以预测以下润湿情况：
1）当θ=0时，完全润湿；
2）当θ<90°时，部分润湿或润湿；
3）当θ=90°时，为润湿与否的分界线；
4）当θ>90°时，不润湿；
5）当θ=180°时，完全没有润湿。
毛细管现象中的液体上升和下降高度h。
h的正负号表示上升或下降。
当润湿液上升时，接触角为锐角；当非润湿液体下落时，接触角为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液体表
面半径R）。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）。
润湿性问题与采矿浮选、采油、纺织印染、农药加工、感光膜生产、涂料配方以及防水、洗涤等密切相关。
接触角
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。
特点若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好；若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动，不能进入毛细孔。
润湿过程与体系的界面张力有关。
一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）:γs,g = γs,l + γg,l×cosθ由它可以预测如下几种润湿情况：1）当θ=0，完全润湿；2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿；3）当θ=90°，是润湿与否的分界线；4）当θ﹥90°，不润湿；5）当θ=180°，完全不润湿。
测试方法接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法.外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。
Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。
如何测量表面活性剂的润湿性依据需要润湿的表面采用不同的方法: 一般织物表面的润湿, 采用国标方法中的棉布片法比较合适, 通过棉布片在表面活性剂溶液中不同的润湿时间来反映表面活性剂的润湿性能; 对于玻璃, 塑料或者金属等硬表面, 一般使用接触角仪器来测定接触角反映润湿性能, 接触角越小, 润湿性能越好.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.常用接触角的测量方法
1）外形图像分析方法 外形图像分析法的原理：将液滴滴于固体 样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的 外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法 将图像中的液滴的接触角计算出来
2）称重法 通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.
3.决定和影响润湿作用和接触角的因素
固体和液体的性质及杂质、添加物的影响， 固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响， 表面污染等。
cos s-g l-s l-g
洗涤、喷洒农药、润滑、油漆、防水布制备、原油开采等
上一内容 下一内容 回主目录
返回
由它可以预测如下几种润湿情况： 1）当θ=0，完全润湿； 2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿； 3）当θ=90°，是润湿与否的 分界线； 4）当θ﹥90°，不润湿； 5）当θ=180°，完全不润湿。
关系.
接触角及其相关应用
主讲：谢昌健
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 接触角（contact angle）--定义
是指在气、液、固三相交点处所作的气-液 界面的切线穿过液体与固-液交界线之间 的夹角θ，是润湿程度的量度。
1.2 接触角--特点 若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，
其角越小， 润湿性越好；
若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，
在固体表面上的一液滴，若此液体受到固体表面之作用力甚 强（例如水与一种强亲水的固体的表面），液滴将会完全 地平在固体表面上，而其接触角约为0°。而非强亲水性 之固体，则接触角则会较大，到约90°。在许多高亲水性 的表面上，水滴所表现自0°到30°。
若是固体表面为疏水，则接触角将大于90°。对于高疏水性 的表面，其对水的接触角可高达150°或甚至近180°。 在这种的表面上，水滴仅是停留在其上，而非真正对其表 面浸润，可称之为超疏水，我们可以在适当氟化处理过 （类铁氟龙涂布）的表面观察到，并可称之为莲花效应。 这种新材料的表面之超疏水现象系基于与莲叶表面相同之 原理（叶面有许多小突起）甚至对蜂蜜都有超疏水之现象。 接触角因而也提供了表面与液体间作用力的资讯。
玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。 对于一定的固体表面，在液相中加入表面 活性物质常可改善润湿性质，并且随着液 体和固体表面接触时间的延长，接触角有 逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面 活性物质在各界面上吸附的结果。
4.应用--接触角测量仪
主要用于测量液体对固体的接触角，即液 体对固体的浸润性，该仪器能测量各种液 体对各种材料的接触角。
该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿 等行业的科研生产有非常重要的作用。
接触角测试仪可以进行如下测试：
1）平面、曲面和非水平表面上的接触角，重复性误差 小于0.1°
2）通过基底的表面能（固体表面能或液体的表面张力） 去计算极性和酸碱分布、色散度、单极酸和单极碱组 分
3）液/液之间互溶性、液/固之间互溶性 4）Wetting envelop 5）吸收量和蒸发量 6）不同湿度和饱和蒸汽压下接触角和表面能 7）油和油之间或者油和金属之间的除油效率 8）表面活性剂功效 9）通过接触角弛豫特性表征润湿和除湿效率 10）接触角弛豫和润湿/除湿之间的变化关系 11）研究表面能和表面组分变化及表面改性处理的变化
容易在表面上移动，不能进入毛细孔。 润湿过程与体系的 界面张力有关。一滴液体落在 水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角 与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）:
γs,g = γs,l + γg,l×cosθ
接触角(contact angle)与润湿方程
σs-g =σ1-s+σl-gcosθ 杨氏方程
但有时候，接触角也有可能指的并不是液/气接口往液相的夹 角，而是指液/气接口往气相的夹角，此时，上述的解释 角度为其互补角。
润湿（wetting)的热力学定义：
若固体与液体接触后体系（固体和液体） 的自由能G降低，称为润湿。自由能降低的 多少称为润湿度，用WS/L来表示。
润湿可分为三类：
粘附润湿（adhesional wetting） 铺展润湿（spreading wetting） 浸湿（immersional wetting）