水滴角測(cè)量?jī)x及可潤(rùn)濕包絡(luò)圖（ wetting envelope）

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

接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x的應(yīng)用包括：

1、仿生材料的接觸角或水接觸角測(cè)量：主要用于評(píng)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(píng)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(cè)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(lái)，接觸角或水滴角或水接觸角的測(cè)量均是借用數(shù)碼量角器的儀器進(jìn)行分析的。早的歷史可至1943年Zisman教授團(tuán)隊(duì)的顯微量角法開(kāi)始，直至20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的圓擬合、橢圓擬合、曲線(xiàn)擬合（切線(xiàn)法）等可以量測(cè)角度以后，數(shù)碼量角器法一直被用戶(hù)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(lái)越跟不上形勢(shì)。至20世紀(jì)90年代，以A.W.Neumann教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)而通過(guò)分析過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，在分析中同時(shí)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(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x。至此，接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x從此從量角器法真正進(jìn)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(cè)量?jī)x（Young-Laplace方程擬合）是脫胎于表面張力或界面張力測(cè)量，因而，在實(shí)際應(yīng)用中這個(gè)前提假設(shè)的缺陷同時(shí)也非常明顯，即Young-Laplace方程擬合算法無(wú)法用于實(shí)際的非軸對(duì)稱(chēng)條件下的接觸角測(cè)量。而客觀(guān)存在的事實(shí)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(huì)形成的軸對(duì)稱(chēng)圖像。

這正對(duì)于接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x的研制提出了更高的要求。上海梭倫研制并獲得中國(guó)發(fā)明授權(quán)的阿莎算法（ADSA-RealDrop）真正解決了非軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x測(cè)量技術(shù)方面的重大突破。

接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x雖然有了阿莎算法后從而實(shí)現(xiàn)了明正言順的應(yīng)用于界面化學(xué)的分析。但是，以來(lái)還有一個(gè)問(wèn)題沒(méi)有被解決，即是否可以實(shí)現(xiàn)固體材料本身的表面張力分析，上我們稱(chēng)之為固體材料的表面自由能測(cè)量。

固體表面張力即固體表面自由能的測(cè)量大的問(wèn)題正在于如何解決固體材料本身客觀(guān)存在的表面粗糙度、化學(xué)多樣性、異構(gòu)性問(wèn)題。雖然有Chibowski等算法對(duì)此進(jìn)行了思考并付儲(chǔ)實(shí)踐。但是實(shí)際上，無(wú)論是何種算法，在真正應(yīng)用于固體的表面自由能測(cè)量時(shí)，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(cè)試得到的荷葉的接觸角值并用此角度值去進(jìn)行套用固體表面自由能分析模型去評(píng)估其表面自由能，如此種種。

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

該接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x的分析功能包括：

1、通過(guò)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?xún)?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(biāo)黃坐標(biāo)交叉點(diǎn)（28.3mN/m左右）的接觸角值為10度以?xún)?nèi)；低于橫坐標(biāo)與綠坐標(biāo)交叉點(diǎn)（29.75mN/m左右）的為20度以?xún)?nèi)接觸角值；低于橫坐標(biāo)與紅坐標(biāo)交叉點(diǎn)（32mN/m以?xún)?nèi)）的接觸角值為30度以?xún)?nèi)。

（2）而對(duì)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?xún)?nèi)方可實(shí)現(xiàn)對(duì)其接觸角值小于30度。參考縱坐標(biāo)與各包絡(luò)圖的交叉點(diǎn)。

5、對(duì)于如上舉例樣品而言，接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x的這項(xiàng)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(duì)于其的接觸角值不可能小于30度；因?yàn)樗谋砻鎻埩χ禐?2mN/m，遠(yuǎn)高于7mN/m。

如上文章的版權(quán)以及如上使用方法所有權(quán)歸上海梭倫所有。未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載、引用。侵權(quán)必究。