接触角测量仪

一·概述

接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，接触角测量是现今表面性能检测的主要方法。

PZ-300手持式接触角测量仪是采用光学成像的原理，通过图像轮廓分析方式测量样品表面接触角、润湿性能、表面能等性能，手持式接触角测量仪是一款适用于室外及大尺寸样品表面性能测试的专用设备，该设备体积小、方便携带、性价比高、测量精度高、低角度精确测试，

二·应用

接触角测量仪广泛应用于各个行业领域，在手机制造、玻璃制造、表面处理、材料研究、化学化工、半导体制造、涂料油墨、电子电路、纺织纤维、生物等领域，接触角测量已经成为了一项评估表面性能的仪器。

（部分测试功能需要选购附件完成）

1. 液体在固体表面的铺展、渗透、吸收等润湿行为，座滴法测量静态接触角；

2. 材料在固体表面的前进角、后退角、接触角滞后、滚动角、动态接触角测量；

3. 吸收材料的连续实时研究及过程记录，接触角随时间变化曲线分析；

4. 各种材料的接触角测量，如粉末、弯曲曲面、超疏水/超亲水样品；

5. 悬滴法测量各种液体表界面张力及其极性、色散分量；

6. 计算固体表面自由能，及其极性色散分量分析；

7. 分析液体在固体表面的粘附功，评估固体表面均匀性、清洁度等。

8. 

接触角测量仪主要由光源、注射单元、采集系统、分析软件四大部分组成，设备采用光学成像的原理。

光源采用密集LED冷光设计，发光均匀，图像清洗，寿命长；

注射单元采用手动旋钮式精确滴液，滴液稳定，精度高；

采集系统采用微型工业级显微镜，CCD相机，拍摄稳定，图像清晰，真实可靠，镜头采用工业级配置，成像无畸形失真；

分析软件功能强大，具备一键式全自动拟合能力，满足各种液滴形态的精确拟合;

四·技术规格（Specifications）

五·符合相关标准

1.GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物检测)；

2.SY/T5153-2007（油藏岩石润湿性测定方法）；

3.ASTM D 724-99（2003）（纸的表面可湿性的试验方法）；

4.ASTM D5946-2004（塑料薄膜与水接触角度的测量）；

5.ISO15989（塑料薄膜和薄板电晕处理薄膜的水接触角度的测量）；

六·产品特点

1. 主机采用高强度航空铝合金结构搭配模块化设计理念，集成芯片电路控制，采纳国际进口接触角设备的设计精华与配置，保证仪器具有稳定性；

采用工业级密集可调LED冷光源系统（寿命25000H以上），保证成像更清晰，同时避免额外热度所导致的小液滴挥发；

是指采用界面化学原理中Young-Laplace方程及其变体，采用液体作为探针物体，采用光学摄像的原理对固体材料进行物理化学性质进行分析的专业分析仪器，分析的结果以接触角、表面自由能、粘附功等数值呈现。区别于普通的数码量角器的简单的圆拟合、椭圆拟合或切线法等几何算法的光学测量仪器的是，接触角测量仪具有非常显著的专业基础，即通过分析液滴轮廓并拟合至Young-Laplace方程曲线，最终分析得到接触角值。

一、接触角测量仪测量精度影响因素
1、从材料本身来讲，很难找到表面不存在粗糙度、化学多样性或异构性的样品。而正是由于这些因素的影响，很难出现接触角液滴从顶视时呈现正圆的图像。

2、3D接触角测量是表征材料物理化学性质的方法。而3D接触角的最基本的要求是能够分析接触角值的左、右区别。

3、通过阿莎算法(ADSA-RealDrop)对于左、右角度值的评估，可以判断材料本身的接触角滞后现象或3D接触角现象。

4、样品台或样品上表面的倾斜情况同样会影响液滴左、右角度值的变化。因而，从硬件要求来讲，样品台面独立调整水平的要求度会非常高，而不能够仅仅通过简单的四脚调整水平功能实现样品台面的调整，这个是完全不讲科学的做法。

5、顶视法(ADSA-D)的应用局限性在于无法准确采用哪个位置的直径或相关参数估算出边界条件中的体积值，因而，常规的平均体积法原则或最小二乘后体积估算原则在分析ADSA-D算法的接触角值时存在一定的缺陷。ADSA-D是理想条件下的接触角分析。与常规的Young-Laplace方程拟合法(轴对称或ADSA-P)一样，无法作为现代接触角算法来对待。

6、从目前为止来讲，镜头俯视以样品台面的倾斜均会明显影响接触角分析结果6-9%甚至更高。而二维条件的玻璃校准板无法准确检测出3D状态下的接触角测量仪器的准确性，同时，大部分接触角测量仪即使采用了3D红宝石球工具校准仪器，但由于缺少如上4所提及的样品台面以及镜头各自独立的微分头控制二维水平调整结构，因而，这些仪器是根本无法校准。只能是加工成什么精度就是什么精度，且这个精度无从考评，无法保证其他什么。

二、如何改善接触角测量仪测值精度
接触角测量仪用于测试和表征固体材料的界面化学领域的物理化学性质。从这层意义上讲，接触角测量仪用于测试固体接触角值的如何确保仪器的测值精度方面需要注意如下几点：

1、接触角测量仪的测试算法是测值精度的最可靠保证
接触角测量或水滴角测量时，只能采用表面张力、重力、界面张力参与分析的测试算法才是最有力的工具。而圆拟合、椭圆拟合或切线法根本无法视为接触角测量的工具，只能视为量角器。圆拟合或椭圆拟合、切线法无没有很好的重现性，且受测试条件(图像质量、轴对称、重力、液滴量等)影响非常大。

目前最为先进的算法为阿莎算法(ADSA-RealDrop)法，可以实现自动修正重力系数，可以综合分析表面张力影响条件下的接触角值，同时可以实现各种条件下(如静态接触角、非轴对称接触角、前进后退角的分析)，是一种接触角测试算法。

接触角测量的基本算法为Young-Laplace算法，但其缺陷在于测试条件必须为轴对称，同时测试时尽量避免近圆图像。

2、彩色摄像机是接触角测量或水滴角测量的硬件基础
不像黑白摄像机存在水滴图像从黑到深灰、浅灰、白的过渡一样，彩色摄像机通常仅有从蓝到灰或黑地直接转换，因而，测值精度方面更高。并且，彩色摄像机可以清晰的表征出来过渡色，可以表征出更多细节，从而实现更高精度的接触角测值或界面张力、表面张力测值。

3、接触角测量仪样品台以及镜头分析调整水平度的精度决定了测量的精度
目前，精度的控制，成本较低的方案为微分头控制的二维水平调整机构。可以实现多维度方面的高精度水平，特别对于样品表面不平整的样品，可以调整平整度。同时，可以高精度调整镜头的俯视角度。

4、接触角测量仪的光源和镜头系统是直接决定测值精度结果的要素
光源和镜头的方案为平行光源系统。平行光源系统可以实现直接切轮廓，大景深的目标。目前，仅品智创思提供的PZ-200SD系列提供了本硬件支持。同时，平行光源的缺陷是对于表面不平整的样品的不友好，即成像时无法判断清表面分界。而PZ-200SD创造性的双效光源，采用石英玻璃柔光板，实现了更好的平行光源效果。