接触角测试仪基本原理和应用

时间：2022-09-14

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。

接触角测试仪的定义：

专业用于丈量固体表面自由能的专业丈量/测定仪器，通过白金板法、悬滴法、插板法等原理，实现精确固体表面自由能表现之一接触角值的丈量。同时，利用软件技术，可能测得动态的接触角值，如前进角/后退角、倾斜角、转动角等以及随时间变化的接触角测试等。

接触角测试仪测试基本原理

接触角测试仪由于测试技术不同，我们通常能够找到多种方法测试接触角。而应用这些接触角的测试技术，我们生产厂就能够生产出各种原理的接触角测试仪。

1、影像分析法（角丈量仪Goniometry）接触角测试仪：

影像分析法是通过滴出一滴满足要求体积的液体于固体表面，通过影像分析技术，丈量或计算出液体与固体表面的接触角值的简易方法。作为影像分析法的仪器，其基本组成部分不过乎光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统。较简单的一个影像分析法可以不含图像采购系统，而通过镜头里的十字形校正线往直接相切于镜头里观察到的接触角得到。

作为动态接触角测试系统的应用，如我们测试前进角θA和后退角θR时，我们可以通过控制进样量来实现，如我们想测前进角θA，我们就可以增加液体量；如我们想测后退角θR时，我们可以减少液体量。当然，我们也可以让样品台倾斜，直接测得倾斜角，而此时，我们必须使用高速相机进行图像采集。标准的影像分析系统会采用CCD摄像和图像采集系统，同时，通过软件分析接触角值。

影像分析法接触角测试仪的优点

影像分析法接触角测试仪可使用环境远**力丈量法，我们可以轻易测得各种外形品的接触角值。而力丈量法接触角测试仪对于材质的均匀度以及平整性均有较高的要求。我们更可以用于测试高温条件下的样品的表面张力值，如融化后的聚合物。这就是影像分析法接触角测试仪的优点，不过影像分析法接触角测试仪的缺点也很明显。

影像分析法接触角测试仪的缺点

(1)影像分析法接触角测试仪的主要缺陷在于人为误差较大。

这种缺陷主要是由于：**、接触角切线的再现能力较差，主要是由于使用者的人为判定误差所致；第二、水平线的确认较困难，而水平线的高低不同，导致的结果也会有较大误差。

以上缺陷作为弥补办法，DR系列接触角测试仪采用软件全自动分析方法计算接触角值。但这种方法也会受限于测试区域内是否有杂点。同时，DR系列接触角测试仪采用高精度升降台，控制样品台水平线与软件水平线的一致，以硬件方式提升水平线的识别能力。但是，这种硬件校正水平线也会因样品不同，有时也会存在水平线无法观察到的现象。

(2)影像分析法接触角测试仪在前进后退角测试过程中，样品进样过程的重复性较差。

液滴移转过程中，我们通常会这次进样多，这次进样少，而这样的量的变化同样会导致接触角丈量值的变化。相对于力丈量法测试动态接触角而言，这种缺陷是非常明显的。

(3)影像分析法接触角测试仪无法正确测试纤维接触角和粉体接触角值

2、插板法接触角测试仪：

也称倾板法接触角测试仪，其原理是固体板插进液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲。否则，液面将出现弯曲现象。因此，改变板的插进角度直至液面三相交界处四周无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角。斜板法避免了作切线的困难，进步了丈量的精度，但**的缺点是液体用量较多。这在很多情况下妨碍了它的应用，且，他只能测试接触角小于90°的样品。这就是这种原理的接触角测试仪。

3、力丈量法（Tensiometry）接触角测试仪：

这种方法有时也被称为Wilhelmy板法测接触角，应用这种方法的接触角测试仪主要是采用接触角测试仪测试系统的接触角测试仪。通常通过软件系统的增加，实现对接触角测试，在实际仪器采购中，通常为使用接触角测试仪（SurfaceTensiometer）中的称重传感器，同时借助软件分析来实现丈量接触角的目的。

具体原理如下：将一个固体样品板浸进测试液体中，由于液体的表面张力以及固体的表面自由能的作用，称重传感器会感测到一个向下拉的力F（Wettingforce）具体计算公式如下：

F=γlgcosθP。

其中：P代表板的周长。假如知道此时测得的力是多少，我们就可以看出接触角θ值。

当然，以上我们没有考虑被测样品的浮力。

假如我们提升或降低样品浸进的深度，就可以测得后退角/前进角的值了。

力丈量法接触角测试仪的优点

(1)力丈量法接触角测试仪通过不断的升降板，我们可以测得整个样品的均匀接触角值。

(2)力丈量法接触角测试仪可以测得动态体系的接触角值，主要考察随时间变化而变化。特别对于接触角滞后现象能够有一个更好的观察。

力丈量法接触角测试仪的缺点

(1)力丈量法接触角测试仪首先得保证有足够的液体量让样器浸进；

(2)力丈量法接触角测试仪样品必须切除，且较好知道周长，高度等几何参数。

(3)力丈量法接触角测试仪要求样品均匀足够小和轻。若**过传感器的量程的话，测试是不可能完成的。

(4)力丈量法接触角测试仪受温度影响较大，无法测得高温条件下的接触角值。

4、透过丈量法接触角测试仪：

主要用于丈量粉体接触角等的接触角测试仪。这种接触角测试仪的基本原理是：在装有粉末的管中固体粒子间的间隙相当于一束毛细管。毛细作用使可润湿固体粉末表面的液体透进粉体柱中。由于毛细作用取决于液体的表面张力和对固体的接触角，故测定已知表面张力液体在粉末柱中的透过性可以提供液体对粉末的接触角的知识。在具体应用中，我们又把它分为透过高度法（又称透过平衡法）接触角测试仪和透过速度法接触角测试仪两种接触角测试仪

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