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(rùn)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(duì)材料表面潤(rùn)濕性能的重要參數(shù)。通過(guò)接觸角的測(cè)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(cè)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(cè)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(nóng)藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

特點(diǎn)：
若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤(rùn)濕固體，其角越小，表示潤(rùn)濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)。至于是否液體能進(jìn)入毛細(xì)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(xì)管。 潤(rùn)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(dāng)達(dá)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(yù)測(cè)如下幾種潤(rùn)濕情況：

1）當(dāng)θ=0，*潤(rùn)濕；

2）當(dāng)θ﹤90°，部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕；

3）當(dāng)θ=90°，是潤(rùn)濕與否的分界線(xiàn)；

4）當(dāng)θ﹥90°，不潤(rùn)濕；

5）當(dāng)θ=180°，*不潤(rùn)濕。

毛細(xì)現(xiàn)象中液體上升、下降高度h。h的正負(fù)表示上升或下降。

浸潤(rùn)液體上升，接觸角為銳角；不浸潤(rùn)液體下降，接觸角為鈍角。

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

潤(rùn)濕性問(wèn)題與采礦浮選、石油開(kāi)采、紡織印染、農(nóng)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(cè)量方法：
接觸角現(xiàn)有測(cè)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(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀.但應(yīng)用泛,測(cè)值直接與準(zhǔn)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(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來(lái).

計(jì)算接觸角的方法通常基于一特定的數(shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過(guò)測(cè)量特定的參數(shù)如寬/高或通過(guò)直接擬合來(lái)計(jì)算得出接觸角值。方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來(lái)準(zhǔn)確地描述一軸對(duì)稱(chēng)的液滴的外形輪廓，從而計(jì)算出其接觸角。

接觸角測(cè)量方法可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。按照直接測(cè)量物理量的不同,可分為量角法、測(cè)力法、長(zhǎng)度法和透過(guò)法。按照測(cè)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(cè)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(xì)管上升法和斜板法

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

當(dāng)氣體在水中固體表面附著并達(dá)到平衡時(shí)，任意兩相之間的界張力

可以看出，當(dāng)3個(gè)力達(dá)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(shù)，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(rùn)濕性。

接觸角度量與礦物可浮性的關(guān)系。根據(jù)楊氏方程，由θ的大小，可以度量不同礦物潤(rùn)濕程度的高低。 當(dāng)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(rùn)濕，表現(xiàn)為親水。

當(dāng)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(rùn)濕，表現(xiàn)為疏水。

θ=90°，cosθ=0，規(guī)定為疏水表面與親水表面的分界線(xiàn)。當(dāng)θ=0，cos θ=1，固體被液體*潤(rùn)濕。

當(dāng)θ=180°，cosθ =-1，液滴對(duì)固體*不潤(rùn)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(duì)礦物的潤(rùn)濕性與可浮性的度量定義為

潤(rùn)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(rùn)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(rùn)濕性愈強(qiáng)，則可浮性愈差。

礦物接觸角可以測(cè)得，下表列出了部分礦物的接觸角測(cè)定值，依據(jù)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(cè)定值

技術(shù)參數(shù)：
系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)：

（1）成像：標(biāo)準(zhǔn)CCD攝像機(jī)和連續(xù)變倍顯微鏡鏡頭；

（2）光源：可調(diào)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(biāo)：拍攝3000幀/秒，顯微鏡放大率0.7-4.5倍連續(xù)變倍，成像分辨率

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

方法

1、測(cè)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(xù)間隔拍攝（慢存）、連續(xù)拍攝（快存）、即刻回放

4、接觸角測(cè)試范圍：0<θ<180°

5、測(cè)試分辨率：0.01°

6、測(cè)試精度： 0.1°

7、內(nèi)置或外置旋轉(zhuǎn)臺(tái)能測(cè)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(tái)大小：可測(cè)試樣品：120*120*30mm

軟件功能：

（1）接觸角計(jì)算功能；

（2）左右接觸角對(duì)比功能；

（3）懸滴法可測(cè)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(cè)量纖維絲的極限角

（6）表面自由能（固體表面張力）計(jì)算；

（7）動(dòng)態(tài)接觸角分析系統(tǒng)，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(cè)量可在同一界面下相互轉(zhuǎn)換。即在實(shí)時(shí)的視窗下瞬間凍結(jié)圖像，

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

（9）數(shù)據(jù)圖像信息的保存、調(diào)閱和打印。

應(yīng)用特點(diǎn)

1、采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，光學(xué)系統(tǒng)和CCD攝像頭結(jié)合，使液滴的影像清晰地顯示在計(jì)算機(jī)屏

幕上，可在瞬間將圖像存儲(chǔ)下供測(cè)量使用，避免因液體蒸發(fā)造成測(cè)量失敗。

2、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)便于測(cè)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(cè)試方式：懸滴法、座滴法（靜滴法）、轉(zhuǎn)落法、插入法

6、左右接觸角值計(jì)算補(bǔ)償

7、視頻采集試樣圖象信息，計(jì)算機(jī)測(cè)量，保存，打印。

8、軟件設(shè)計(jì)符合應(yīng)用需求：

接觸角測(cè)試儀組成：

自動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、視頻采集卡、CCD攝像頭、高級(jí)變焦鏡頭、自動(dòng)電控溫系統(tǒng)、、自動(dòng)進(jìn)樣、自動(dòng)影像分析系統(tǒng)、全電動(dòng)三維平臺(tái)光源采用密集LED冷光設(shè)計(jì)，發(fā)光均勻，圖像清洗，壽命長(zhǎng)；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(wěn)定，精度*；樣品臺(tái)采用三維手動(dòng)精調(diào)平臺(tái)，操作靈活，定位準(zhǔn)確，樣品臺(tái)可根據(jù)實(shí)際樣品尺寸定制；采集系統(tǒng)采用黑白CCD相機(jī)，拍攝穩(wěn)定，圖像清晰，真實(shí)可靠，鏡頭采用工業(yè)級(jí)配置，0.7-4.5倍放大可調(diào)，成像無(wú)畸形失真；分析軟件功能強(qiáng)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(zhǔn)確擬合;

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