接觸角水滴分析軟件

接觸角（contact angle）是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線(xiàn)，此切線(xiàn)在液體一方的與固-液交界線(xiàn)之間的夾角θ，是潤濕程度的量度。
液體在固體材料表面上的接觸角, 是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數。通過(guò)接觸角的測量可以獲得材料表面固-液、固-氣界面相互作用的許多信息。接觸角測量技術(shù)不僅可用于常見(jiàn)的表征材料的表面性能, 而且接觸角測量技術(shù)在石油工業(yè)、浮選工業(yè)、芯片產(chǎn)業(yè)、低表面能無(wú)毒防污材料、油墨、化妝品、農藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領(lǐng)域有著(zhù)重要的應用。

特點(diǎn)：
若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動(dòng)。至于是否液體能進(jìn)入毛細管，這個(gè)還與具體液體有關(guān)，并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細管。 潤濕過(guò)程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上，當達到平衡時(shí)，形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式（Young Equation）:γSV = γSL + γLV×cosθe
由它可以預測如下幾種潤濕情況：

1）當θ=0，*潤濕；

2）當θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當θ=90°，是潤濕與否的分界線(xiàn)；

4）當θ﹥90°，不潤濕；

5）當θ=180°，*不潤濕。

毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2*表面張力系數/（液體密度*重力加速度g*液面半徑R）。

上升高度h=2*表面張力系數*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r）。

潤濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開(kāi)采、紡織印染、農藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。

測量方法：
接觸角現有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱(chēng)重法.后者通常稱(chēng)為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但應用泛,測值直接與準確的還是外形圖像分析方法.

外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過(guò)顯微鏡頭與相機獲得液滴的外形圖像, 再運用數字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來(lái).

計算接觸角的方法通?；谝惶囟ǖ臄祵W(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過(guò)測量特定的參數如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計算得出接觸角值。方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來(lái)準確地描述一軸對稱(chēng)的液滴的外形輪廓，從而計算出其接觸角。

接觸角測量方法可以按不同的標準進(jìn)行分類(lèi)。按照直接測量物理量的不同,可分為量角法、測力法、長(cháng)度法和透過(guò)法。按照測量時(shí)三相接觸線(xiàn)的移動(dòng)速率,可分為靜態(tài)接觸角、動(dòng)態(tài)接觸角(又分前進(jìn)接觸角和后退接觸角)和低速動(dòng)態(tài)接觸角。按照測試原理又可分為靜止或固定液滴法 、Wilhemly板法 、捕獲氣泡法、毛細管上升法和斜板法

應用：
任何兩相物體相接處時(shí)，接觸面的表面張力就表現為界面張力。用表示。

當氣體在水中固體表面附著(zhù)并達到平衡時(shí)，任意兩相之間的界張力

可以看出，當3個(gè)力達到平衡時(shí)，有如下的平衡方程式，即：

固氣= 固液+ 液氣

上式表明，接觸角式三個(gè)相界面自由能的函數，它既與礦物表明性質(zhì)有關(guān)，也與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。凡是能夠因其任何三相界面自由能改變的因素，都額可以影響礦物表面的潤濕性。

接觸角度量與礦物可浮性的關(guān)系。根據楊氏方程，由θ的大小，可以度量不同礦物潤濕程度的高低。 當θ<90°，固氣>液氣，液滴被拉開(kāi)，沿礦物表面展開(kāi)，礦物表面被潤濕，表現為親水。

當θ>90°，固氣< 液氣，液滴收縮，沿礦物表面聚集成珠狀，礦物表面不易被潤濕，表現為疏水。

θ=90°，cosθ=0，規定為疏水表面與親水表面的分界線(xiàn)。當θ=0，cos θ=1，固體被液體*潤濕。

當θ=180°，cosθ =-1，液滴對固體*不潤濕。

即接觸角愈大，cos θ愈小，其可浮性愈好。并且cos θ值介于-1~1之間，于是對礦物的潤濕性與可浮性的度量定義為

潤濕性=cosθ

可浮性=1-cosθ

接觸角與礦物可浮性之間的關(guān)系式：接觸角愈大，cos θ值就愈小，其潤濕性愈弱，則可浮性愈好；反之，接觸角愈小，cos θ值就愈大，其潤濕性愈強，則可浮性愈差。

礦物接觸角可以測得，下表列出了部分礦物的接觸角測定值，依據接觸角可大致判斷各種礦物的天然可浮性。 [4]

部分礦物接觸角測定值

技術(shù)參數：
系統

光學(xué)系統：

（1）成像：標準CCD攝像機和連續變倍顯微鏡鏡頭；

（2）光源：可調亮度單色冷光LED背光光源，圖像中液滴邊緣分辨更清晰；

（3）指標：拍攝3000幀/秒，顯微鏡放大率0.7-4.5倍連續變倍，成像分辨率

55piexl/mm~315piexl/mm，水平分辨率750線(xiàn)。

方法

1、測試方式：座滴法、頂視法、威廉板法

2、接觸角分析方法：高寬法、楊拉普拉斯法、橢圓法、錐切法、圓法

3、拍攝圖像方法：?jiǎn)螐埮臄z、連續間隔拍攝（慢存）、連續拍攝（快存）、即刻回放

4、接觸角測試范圍：0<θ<180°

5、測試分辨率：0.01°

6、測試精度： 0.1°

7、內置或外置旋轉臺能測試前進(jìn)/后退角

8、樣品尺寸：120*120mm；

9、樣品大厚度：30mm

10、樣品臺大?。嚎蓽y試樣品：120*120*30mm

軟件功能：

（1）接觸角計算功能；

（2）左右接觸角對比功能；

（3）懸滴法可測量液體界面張力

（4）Owen二液法表面自由 能估算；

（5）插入法可用來(lái)測量纖維絲的極限角

（6）表面自由能（固體表面張力）計算；

（7）動(dòng)態(tài)接觸角分析系統，前進(jìn)角/后退角、傾斜角分析。

(8) 利用屏蔽技術(shù)，實(shí)時(shí)和測量可在同一界面下相互轉換。即在實(shí)時(shí)的視窗下瞬間凍結圖像，

并直接可以測量，無(wú)須轉換界面，既方便又增加了實(shí)時(shí)性。

（9）數據圖像信息的保存、調閱和打印。

應用特點(diǎn)

1、采用計算機多媒體技術(shù)，光學(xué)系統和CCD攝像頭結合，使液滴的影像清晰地顯示在計算機屏

幕上，可在瞬間將圖像存儲下供測量使用，避免因液體蒸發(fā)造成測量失敗。

2、自動(dòng)旋轉平臺便于測量前進(jìn)角和后退角。

3、動(dòng)、靜態(tài)接觸角、接觸角動(dòng)態(tài)變化、前進(jìn)角/后退角分析；

4、固體表面能估算： Owen二液法

5、多種測試方式：懸滴法、座滴法（靜滴法）、轉落法、插入法

6、左右接觸角值計算補償

7、視頻采集試樣圖象信息，計算機測量，保存，打印。

8、軟件設計符合應用需求：

接觸角測試儀組成：

自動(dòng)旋轉平臺、視頻采集卡、CCD攝像頭、高級變焦鏡頭、自動(dòng)電控溫系統、、自動(dòng)進(jìn)樣、自動(dòng)影像分析系統、全電動(dòng)三維平臺光源采用密集LED冷光設計，發(fā)光均勻，圖像清洗，壽命長(cháng)；注射單元采用高精度注射泵進(jìn)液，由軟件定量定速控制，滴液穩定，精度*；樣品臺采用三維手動(dòng)精調平臺，操作靈活，定位準確，樣品臺可根據實(shí)際樣品尺寸定制；采集系統采用黑白CCD相機，拍攝穩定，圖像清晰，真實(shí)可靠，鏡頭采用工業(yè)級配置，0.7-4.5倍放大可調，成像無(wú)畸形失真；分析軟件功能強大，具備一鍵式全自動(dòng)擬合能力，具備的擬合方法，滿(mǎn)足各種液滴形態(tài)的準確擬合;

符合相關(guān)標準
1.GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物檢測)；
2.SY/T5153-2007（油藏巖石潤濕性測定方法）；
3.ASTM D 724-99（2003）（紙的表面可濕性的試驗方法）；
4.ASTM D5946-2004（塑料薄膜與水接觸角度的測量）；
5.ISO15989（塑料薄膜和薄板電暈處理薄膜的水接觸角度的測量）；