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便携式科诺接触角检测仪sdp300,东莞晟鼎专用测量plasma处理前后接触角前后变化角度

便携式科诺接触角检测仪sdp300,东莞晟鼎专用测量plasma处理前后接触角前后变化角度

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接触角是指当一液体与固体表面相接触时,液体在与固体表面相接触(点)处(三相接触边界,3PCP)其液/气-界面形状走向的切线与固体表面(包括液体相一侧)之间的夹角(图-1,-2)。这一角度的值标志着液体在固体表面的润湿性:当润湿性很好时,液体可以在固体表面完全铺展开,呈现0°的接触角值;当润湿性很差时,液体在固体表面完全无法铺展,只能聚集在一起而包成一团,呈现180°的接触角值;当润湿性界于很好与很差之间时,液体在固体表面可以有限度地铺展开来,形成介于 0° ~ 180° 之间的接触角。这一有限的接触角值是体系中各个不同的相互作用力的平衡,也是体系趋向***能量的结果。涉及的相互作用力包括:

1、液体自身的表面张力:这一值越大,液体越倾向于聚集在一起、包成一团,而不愿意在固体表面上铺展开来;

2、固体自身的表面张力或表面(自由)能:这一值越大,固体表面的能量位越高,越希望有能量较低的液体层能够在其上面铺展开来而覆盖它,以降低体系的能量;

3、液体/固体表面-界面的相互作用力:这一值越小,固体表面对液体的吸引力越大,液体越能够在其上面铺展开来,导致较低的接触角值。

所以,如果希望液体能够较好地润湿固体表面:液体的表面张力值越低、固体的表面能值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利。反之,如果希望液体不要润湿固体表面:液体的表面张力值越高、固体的表面能值越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。如果假设液体的表面张力值是已知的(这一值可以直接测量,所以比较容易准确获得)

Modified Wilhelmy Plate方法 这一方法是在传统的Wilhemy Plate测量液体表面张力方法的基础上发展而来,所以称为modified (经改变的)。传统的Wilhemy Plate方法被用来测量液体的表面张力:当一块/片规则的金属薄板/片,在经过表面粗糙化处理后,被伸入到液体相时,它受到液体表面张力对其施加的作用力 F(参见图-3)的作用,后者可以通过称量确定。

通过测量获得的作用力 F,在已知液体的表面张力值,Y,和液体润湿总周长,I,时,可以计算得到接触角值 Θ。测量时,把待测的样品表面代替金属薄板悬挂在天平的力传感器上,让其缓慢地伸入液体相,记录作用力的变化,由此可以计算获得液体在固体表面的前进接触角值。然后再缓慢地将固体样品从液体相中拉出,记录作用力的变化,由此可以计算获得液体在固体表面的后退接触角值。

所以这一方法可以用来测量液体在固体表面的动态接触角,包括前进和后退接触角值,而且可以很好地控制液体/气体/固体表面-三相接触线的移动速度。

原则上,经改变的Wilhemy Plate法可以用来测量任何几何形状的表面,如果我们可以准确测量其和液体润湿时的总周长I,而且这一值在样品移动过程中保持不变(或者我们可以预先知道其变化函数关系)。计算得到的接触角值代表顺着这一润湿总周长的的(平均)有效值。



但是这里遇到这样几个问题:

  1. 对于具有不规则形貌的样品表面,其实很难确定/测量其润湿时的总周长 I.所以这一方法的测量一般只限于几何形状规则的样品表面,如薄板/片,圆柱体等。当样品表面不平整(如存在较显著的粗糙度、高低起伏,不规则或间隙等)时,这一总周长I 也非易事,而这一数值的不确定性,直接地影响到获得的接触角值的可靠性。

  2. 计算得到的接触角值代表沿着这一润湿总周长的(平均)有效值。这就要求接触角在这一总周长沿线的值符合一定的分布的(如Gauss分布),而且是相互关联的,否则得到的(平均)有效值缺乏一定的物理意义。比如,如果样品二面的表面属性不同、毫不相干,那么测量得到的液体在二个不同表面上的接触角的(平均)有效值就没有一定的物理意义。这就要求沿着润湿总周长的表面属性是相同的或属于同一类的(也即样品具有相同的二面)。对于实际中的许多样品表面,其实其二面的属性往往是(完全)不相同的,要求测量的也只限于其中的一面(如经过改性的一面) ,虽然有人建议可以把这样的表面通过双面胶带粘结在一起,使得曝露在外的二个表面均是样品需要测量的一面;但在实际操作中,这往往需要时间和耐性,而且也会引入其它的测量误差。

  3. 另外,这一方法也要求样品在(上下)移动方向上也基本是均一的,否则测量得到的接触角值很难与具体的样品位置相关联。这就限制了对不均一样品(比如PCB板)进行测量的可能性。

  4. 这一方法能够接纳的样品尺寸是非常有限制的:既不能太大,也不能太小。实际遇到的样品尺寸一般都要么太大需要进行切割后才能测量(而这又会带来问题和引入误差);要么太小,无法进行测量。

  5. 再者这一方法在计算时,忽略了样品的边缘(edges)可能对测量和计算的影响,而这是否合理,目前不是非常清楚。

所以这一方法通常只用来测量表面四周属性相同的薄板/薄片和圆柱体(包括纤维)。虽然这一方法也有被用来测量颗粒/粉末的接触角(通过将颗粒/粉末粘结在双面胶带的二面),但在这种情况下,如何测量其润湿时的总周长I,是有待进一步商榷的,因为颗粒/粉末组成的表面是不平整的,包括起伏和间隙,其真实的I值可能要比运用几何规则通过简单测量/计算得到的值大得多,这(一疑点)也同样适用于具有微观/纳米表面结构的样品表面。而对于超疏水性表面,这一问题可能更加复杂。

随着样品的移动,测量得到的力(以及计算得到的接触角值)可能随样品的位置而变化,每一时刻的力和接触角值都表示此时沿着润湿总周长的(平均)有效值,所以这一方法可以被用来对样品进行一维扫描(垂直方向)(但如上面已经提及,样品表面必须基本上是均匀的)。

方法的优点在于其测量过程基本上完全自动化(可以减少人为因素的影响),这可以提高测量过程的可重复性。但也必须指出,许多时候润湿总周长I的测量还是无法完全排除操作人员的主观因素。另外,随着基于座滴法的光学接触角直接测量法的自动化程度的不断提高,经改变的Wilhemy Plate法在这方面所具有的优势也越来越不再突出。(前进接触角/后退接触角/接触角滞后性的全自动测量)

基于座滴分析的视频光学接触角测量法 这一方法是通过对在固体表面形成的液体座滴形状的直接观测、分析和计算来获得接触角的值(参见图-1)。相比于上面的基于改变的Wilhemy Plate称量法,这是一种直接的测量方法。与后者相比,座滴分析测量法适用范围广,灵活性高,更适合用来测量几乎在任何固体表面上的接触角。而且,由于是一种直接测量法,所涉及的假设也比较少。随着座滴分析测量法的自动化程度的不断提高(自动实现液滴在表面的形成,自动确定液滴的三相接触基线位置,自动检测液滴的轮廓坐标,自动对得到的轮廓坐标进行分析和计算等),这一方法即使在人为主观因素可能对测量带来的影响程度上,也不再比基于改变的Wilhemy Plate称量法来得显著。

内凹表面接触角测量法 当需要测量的固体表面是一内凹表面时(比如锅底、器皿等容器的内底表面,镜片的凹面等),或者需要测量的位置由于周围有隆起(凸起)的障碍而无法运用通常的侧面座滴法进行测量时,可以采用基于俯视的座滴分析法


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