接触角测量

接触角,θ(θ),是一种定量测量固体的液体的润湿。的接触角几何定义为角是由液体在三相边界液体,气体和固体相交。有三种不同的力量作用于三相接触点之间的固体、液体和气体,或在某些情况下,固体,液体和液体。接触角度可以分为静态、动态和粗糙度修正接触角。

静态接触角

静态(即。液滴)接触角测量液滴时坐在表面和三相边界不动。静态接触角是迄今为止最测量润湿性值。它是最适合相对光滑和均匀的表面。静态接触角也用于定义表面自由能(即固体的表面张力)的基质。静态接触角提供了一个快速、简单和润湿性的定量测定。静态接触角测量是基于杨氏方程假设界面是热力学稳定的力量。

动态接触角,接触角滞后和碾轧角

当三相边界移动,可以测量动态接触角,被称为前进和后退角。条款意味着,前进接触角测量液滴前前进和后退时滴面前正在消退。在一个理想的表面上,这两个值接近对方。然而,大多数时候,接触角测量依赖于接触线的方向移动。接触角滞后推进和之间的区别是的后退接触角。接触角滞后时主要从化学和地形表面的异质性,溶液杂质吸收表面上,或肿胀、重排或改变表面的溶剂。

碾轧角指的是一个倾斜角度的液滴开始移动。低辊的接触角滞后角与低。

粗糙度修正接触角

接触角是受粗糙度的影响。表面具有相同的化学成分,但不同的粗糙度会有不同的接触角。粗糙度修正接触角接触角值,粗糙度的影响。粗糙度修正接触角时尤其应该使用表面自由能确定。

利用光学表面张力计测量静态、动态和粗糙度修正接触角。的主要组件光学表面张力计是一个相机,分配器分配一个下降,样品阶段和光源照亮样本上的下降阶段。光学表面张力计的范围从完全手工系统完全自动化的工具。

光学表面张力计,有时也被称为光学或接触角测角仪、接触角测量仪或删除形状分析仪。基本上所有的这些的意思是相似类型的仪器,我们使用光学张力仪的名称。

静态接触角与光学表面张力计

液滴测量是最常用的接触角测量方法。在实践中,一个液滴在固体表面的图像记录。定义的静态接触角然后配件Young-Laplace方程滴,尽管圆等拟合方法和多项式也可以使用。

还可以测量反向无柄滴叫俘虏泡沫。捕泡测量尤其用来研究润湿性的隐形眼镜。它也适用于其他高亲水材料标准悬滴法是具有挑战性的。同样,这是应用在有浸入被测对象的接触角。例如,测量油滴在岩石表面浸在水里。

动态接触角与光学表面张力计

动态接触角测量的光学表面张力计完成两个主要方法:针方法和倾斜的方法。

在针方法,一个小液滴形成和放置在表面。然后让针靠近表面和液滴的体积逐渐增加,同时记录在同一时间接触角。这将给前进接触角。后退角测量方法一样,不过这一次,液滴的体积逐渐减少。这个方法尤其用于测量动态接触角超疏水表面。

在倾斜的方法衬底上的液滴被放置,然后逐渐倾斜。推进角度测量在前面的液滴的液滴开始移动。的后退接触角测量的液滴,在同一时间点。通过这种方法,转出或滑动角也可以确定。碾轧角指的是一个倾斜角度的液滴开始移动。低辊的接触角滞后角与低。的倾斜可以通过倾斜样品阶段或整个仪器倾斜。

粗糙度修正与光学接触角张力计

粗糙度修正测量接触角和表面粗糙度和接触角测量。光学表面张力计结合地形模块为了便于粗糙度测量。同一地点的粗糙度测量接触角。

粗糙度比用于正确的表面粗糙度的接触角。粗糙度比率被定义为实际和固体表面投影面积之间的比例(r = 1为表面光滑和粗糙表面> 1)。文策尔方程解释了粗糙度之间的关系比和接触角测量和修正。重要的是要注意,文策尔方程假设液体完全渗透进粗糙度凹槽。

力张力测量学由一个高度敏感的平衡的示例连接通过一个钩子。测试液体放在测量杯的样品阶段,可以手动或自动。力张力计的范围从完全手工单机系统全自动计算机控制仪器。接触角测量完全自动化的工具使用。

力张力计,测量接触角总是前进和后退角和接触角滞后。由于动态特性的方法是不可能测量静态接触角。

Wilhelmy板方法

力的接触角测量张力计是基于所谓Wilhelmy板的方法。力张力计测量质量影响的平衡带来的固体样品时接触测试液体。计算接触角可以当液体的表面张力和样品的周长是已知的。推进角度测量的样品沉浸在液体样品时和后退角撤回从液体。样本必须是已知的周长,样品必须是矩形或杆的形状。接触角是整个区域的平均下降到测试液体。这意味着双方的表面必须是一样的,样品的边缘。Wilhelmy板就不适合做表面处理的接触角测量的样品。

接触角测量发现有用的在许多工业领域,也越来越需要测量他们更多非常规的样品如纤维、粉末,在小地方标准微升大小不合身。

在纤维接触角测量

纤维和其他薄对象可以通过使用光学测量张力计配备picoliter分配器,半月板的方法或以武力使用Wilhelmy方法张力计。光学表面张力计,picoliter分发器可以产生液滴的直径约30μm在空气中。具有特殊光学和高速相机,可以把这个小液滴和接触角的形象可以用类似的方式比通过使用微升大小水滴。

半月板测量还可以用于纤维。在这种方法中,首先沉浸在液体样品。当样品从液体形成半月板和光学测量接触角。如果纤维薄(低于200μm)需要一个特殊的光学。

张力计,另一方面,可以利用一个特殊的保持者纤维。7μm,纤维可以测量。应该注意的是,picoliter滴导致静态接触角的测量而Wilhelmy方法是动态的,前进和后退角。半月板的接触角测量方法介于两者之间,不能直接与接触角测量与其他两种方法。

在粉末接触角测量

在粉末接触角可以测量通过测量液滴在压缩粉末平板电脑或通过使用张力计的力量沃什伯恩的方法。当压缩测量平板电脑,它可以像吸收衬底如果粉末亲水或表面的液滴可以如果粉是疏水的。平板压缩的主要问题是,平板电脑的表面性质可以改变很多,这可能导致误解的结果。在平板表面粗糙度可以考虑通过测量粗糙度修正接触角。

研究松散粉末,沃什伯恩方法必须使用。在这种方法中,粉装在一个缸底部有洞。持票人有点沉浸在测量液体和液体吸收记录作为时间的函数。液体渗透的时间通过沃什伯恩方程和接触角有关。该方法是基于毛细作用,这是限制在低于90°角接触。

接触角测量在小区域

在某些情况下,接触角测量需要做在小区域。这可以是任何东西,从一个导管表面的印刷电路板。对于这些测试,需要picoliter-sized滴。测量可以用光学张力仪配有picoliter分配器产生足够小滴适合的位置测量。需要高倍光学可视化。除此之外,测量类似于标准的静态接触角测量。

接触角测量通常在环境条件,但在某些情况下,温度,甚至压力需要控制。

对于温度控制,有冷却和加热选项张力仪对光学和力量。冷却和加热是最通常用串联员可以控制温度范围从0到150°C以下。如果需要更高的温度,可以配备光学张力仪电热室,上升到250°C。

在高压力,测量高压张力计是必需的。除了标准的相机和光源所需的接触角测量,高压张力计包括高压室。仪器允许400酒吧和接触角测量温度范围从1到200°C。高压张力仪尤其利用研究润湿性的储层条件提高原油采收率优化。

有几个不同的接触角测量标准与光学表面张力计。相关的标准主要是非常实用的应用程序,如表面清洁和测试对表面等离子体或电晕处理后的评价。也有标准表面自由能的决心通过接触角测量和更一般的指南如何执行动态接触角测量针或倾斜的方法。