什么是接觸角計？接觸角計的應用及原理

更新時間：2024-08-07

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什么是接觸角計？

接觸角計是一種評估滴到固體表面上的液滴的接觸角的裝置。

在評價潤濕性時，接觸角是固體表面與液滴之間形成的角度，并作為數值來表示材料的潤濕性。潤濕性是固體表面與液體之間接觸相容性的數值表達。

例如，在我們的日常生活中，高度防水的雨衣和雨傘的表面防水性能良好。相反，在涂裝工作中，為了有效地進行涂裝過程，涂料必須能夠在不被涂裝表面排斥的情況下擴散。

此外，在涂刷建筑物外墻時，有一些產品旨在通過使雨水在干燥后更容易從油漆表面流走，從而更容易去除外墻上的污垢。

接觸角儀用于測量各種工業產品的拒水、防水性能，反之，則測量親水性能。液體被固體表面排斥的狀態被稱為低潤濕性，而液體容易在固體表面上鋪展的狀態被稱為高潤濕性。

如果潤濕性低，則接觸角大，如果潤濕性低，則接觸角小。

在清潔度對產品特性和質量有重大影響的情況下，可以使用接觸角相對容易且廉價地評估清潔度。具體用于硅片、半導體、玻璃基板、電子元件、液晶玻璃等生產。

在涂裝等中，涂料與被涂材料之間的附著力很重要。根據接觸角評價涂料的附著力。油墨、油漆、涂裝工藝等均需接受評估。

建筑物的外墻涂料也被用作評價建筑物耐污漬程度的指標；如果涂料具有良好的潤濕性，污漬就會被雨水沖走。

對于需要防水的產品，可以用接觸角來評價可以排斥水的程度。例如防水劑、蠟、防水涂料和雨衣。

我們評估填充間隙的粘合劑和密封材料與基材的兼容性。這樣做是為了評估密封、附著力、密封性和應用工藝。

進行接觸角測量以評估潔凈室等的清潔度。

接觸角用于評估表面改性工藝，例如UVO 3 、等離子體和電暈放電。

在接觸角計中，實際上將液體滴到目標基板表面上，使用相機從側面拍攝滴下的液滴，并根據液滴的形狀確定接觸角。這是一種相對原始的方法，用于試驗接觸角的定義并根據圖像確定接觸角。

如果所評估的樣品的潤濕性較高，則基材上的液滴會塌陷成鋪展形狀，并且接觸角會較小。另一方面，當潤濕性較小時，基材上的液滴保持球形并且接觸角較大。

潤濕性與液體的表面張力、固體的表面張力以及液體與固體之間的界面張力有關，楊氏方程顯示了它們之間的關系。

γs = γlcosθ + γsl

γs：固體表面張力，γl：液體表面張力，γsl：固液界面張力，θ：接觸角

接觸角計由一個用于產生液滴的分配器、一個光源和用于觀察界面的CCD 相機以及一個放置基板的樣品臺組成。此外，為了測量動態接觸角（稍后描述），安裝了一個滑動單元，該滑動單元可以傾斜整個裝置和樣品臺。

接觸角有兩種類型：靜態接觸角和動態接觸角。滴到防水材料上的液滴會慢慢改變其形狀，例如高度和接觸半徑，并且不穩定。液滴著落后1秒至幾秒的接觸角通常被認為是“靜態接觸角"。

另外，在將液滴滴在評估材料的表面上之后，當評估材料傾斜時，液滴開始在表面上滑動。液滴開始滑動瞬間的角度稱為滑動角或落下角。液滴落下方向的接觸角稱為前進接觸角，相反方向的角度稱為后退接觸角。接觸角，兩者都是動態接觸角。

接觸角計是根據實際滴在樣品表面上的液體的形狀來讀取接觸角的，有多種測量方法。

液滴法
液滴法是評價靜態接觸角的基本方法。使用分配器將液體滴到測試表面上，從側面捕獲液滴的形狀作為圖像，以計算液滴的接觸角。

膨脹和收縮法
膨脹和收縮法在反復排出和吸入液體的同時進行拍攝。接觸角為動態接觸角，確定前進接觸角和后退接觸角。

滑動法滑動法
是先將一滴液體滴在水平固體樣品表面，然后傾斜樣品臺，測定滑動角和動態接觸角的測試方法。