水滴角測量儀及可潤濕包絡(luò)圖（ wetting envelope）

接觸角測量儀通常意義上是以光學(xué)影像法測量接觸角作為其通常的方法，可用于評估固體材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)；而水滴角測量儀是指采用蒸餾水或超純水作為探針液體，評估固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)的測試儀器。從如上意義上來講，通常意義上的接觸角測量儀或水滴角測量儀的測量對像或應(yīng)用的對像是以固體材料為主。

接觸角測量儀或水滴角測量儀的應(yīng)用包括：

1、仿生材料的接觸角或水接觸角測量：主要用于評估固體材料的超疏水性，如仿荷葉效應(yīng)、水稻葉等。

2、材料表面清潔度分析，如評估液晶屏、OLED、晶圓(wafer）、硅片、半導(dǎo)體、PCB等材料的水接觸角值或水滴角值測量。

3、材料表面改性，如將親水材料改成疏水材料或改材料為超親水材料。

以來，接觸角或水滴角或水接觸角的測量均是借用數(shù)碼量角器的儀器進行分析的。早的歷史可至1943年Zisman教授團隊的顯微量角法開始，直至20世紀80年代發(fā)現(xiàn)了計算機的圓擬合、橢圓擬合、曲線擬合（切線法）等可以量測角度以后，數(shù)碼量角器法一直被用戶所使用至今。但是，由于技術(shù)的以及科技的發(fā)展，量角器法的局限性顯得越來越跟不上形勢。至20世紀90年代，以A.W.Neumann教授團隊為主的提出擬合Young-Laplace方程擬合法可以采用影像原理分析液體的表面張力值以及液液的界面張力值，進而通過分析過程可以發(fā)現(xiàn)，在分析中同時可以分析得到相應(yīng)的接觸角值。因而，出現(xiàn)了相應(yīng)的采用Young-Laplace方程的商業(yè)化的接觸角測量儀或水滴角測量儀。至此，接觸角測量儀或水滴角測量儀從此從量角器法真正進入界面化學(xué)分析的階段。

但是，正是由于初期商業(yè)化的接觸角測量儀（Young-Laplace方程擬合）是脫胎于表面張力或界面張力測量，因而，在實際應(yīng)用中這個前提假設(shè)的缺陷同時也非常明顯，即Young-Laplace方程擬合算法無法用于實際的非軸對稱條件下的接觸角測量。而客觀存在的事實正在于，由于材料的表面粗糙度、化學(xué)多樣性以及異構(gòu)性，很少有固體材料的表面會形成的軸對稱圖像。

這正對于接觸角測量儀或水滴角測量儀的研制提出了更高的要求。上海梭倫研制并獲得中國發(fā)明授權(quán)的阿莎算法（ADSA-RealDrop）真正解決了非軸對稱問題，實現(xiàn)了接觸角測量儀或水滴角測量儀測量技術(shù)方面的重大突破。

接觸角測量儀或水滴角測量儀雖然有了阿莎算法后從而實現(xiàn)了明正言順的應(yīng)用于界面化學(xué)的分析。但是，以來還有一個問題沒有被解決，即是否可以實現(xiàn)固體材料本身的表面張力分析，上我們稱之為固體材料的表面自由能測量。

固體表面張力即固體表面自由能的測量大的問題正在于如何解決固體材料本身客觀存在的表面粗糙度、化學(xué)多樣性、異構(gòu)性問題。雖然有Chibowski等算法對此進行了思考并付儲實踐。但是實際上，無論是何種算法，在真正應(yīng)用于固體的表面自由能測量時，其前提假設(shè)一定是：

該分析材料盡量不存在Wenzel-Cassie模型的接觸角滯后或特殊表面修飾的，舉例而言，不能采用測試得到的荷葉的接觸角值并用此角度值去進行套用固體表面自由能分析模型去評估其表面自由能，如此種種。

接觸角測量儀或水滴角測量儀的表面自由能測量的另一個功能即為固體材料的的可潤濕性分析(Wetting behavior Analysis/wetting envelope)。這是一個非常有用的工具，通過已知固體的表面自由能及其分量值，估算出接觸角值某個范圍內(nèi)的液體的性質(zhì)。如下所示：

該接觸角測量儀或水滴角測量儀的分析功能包括：

1、通過輸入已經(jīng)固體樣品的表面自由能值，如圖中的28mN/m色散力值以及12mN/m的極性力值的40mN/m表面自由能的固體樣品。

2、分析接觸角值為30度以內(nèi)的液體性質(zhì)，分為三段，每段為10度，即黃色為0－10度接觸角值、綠色為10-20度接觸角值、紅色為20－30度接觸角值。

3、采用的算法為Wu2法（通?？商峁┒喾N方法）。其中Wu2法目前效果*。

4、分析結(jié)果顯示為：

（1）色散力偏大的樣品（通常是指油性液體），低于橫坐標黃坐標交叉點（28.3mN/m左右）的接觸角值為10度以內(nèi)；低于橫坐標與綠坐標交叉點（29.75mN/m左右）的為20度以內(nèi)接觸角值；低于橫坐標與紅坐標交叉點（32mN/m以內(nèi)）的接觸角值為30度以內(nèi)。

（2）而對于該樣品，如果樣品的極性力偏大（通常是水性液體），要求其表面張力通常要7mN/m以內(nèi)方可實現(xiàn)對其接觸角值小于30度。參考縱坐標與各包絡(luò)圖的交叉點。

5、對于如上舉例樣品而言，接觸角測量儀或水滴角測量儀的這項功能告訴我們：

（1）該樣品如果想要印刷或噴涂材料，以油性涂料或墨水為主；

（2）水對于其的接觸角值不可能小于30度；因為水的表面張力值為72mN/m，遠高于7mN/m。

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