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，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角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(shù)。通過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。至于是否液體能進(jìn)入毛細(xì)管，這個還與具體液體有關(guān)，并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細(xì)管。 潤濕過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，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)測如下幾種潤濕情況：

1）當(dāng)θ=0，*潤濕；

2）當(dāng)θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當(dāng)θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4）當(dāng)θ﹥90°，不潤濕；

5）當(dāng)θ=180°，*不潤濕。

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(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）。

潤濕性問題與采礦浮選、石油開采、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。

測量方法：
接觸角現(xiàn)有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但應(yīng)用泛,測值直接與準(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算出來.

計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,然后通過測量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。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，可用來準(zhǔn)確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓，從而計算出其接觸角。

接觸角測量方法可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。按照直接測量物理量的不同,可分為量角法、測力法、長度法和透過法。按照測量時三相接觸線的移動速率,可分為靜態(tài)接觸角、動態(tài)接觸角(又分前進(jìn)接觸角和后退接觸角)和低速動態(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(xì)管上升法和斜板法

應(yīng)用：
任何兩相物體相接處時，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，任意兩相之間的界張力

可以看出，當(dāng)3個力達(dá)到平衡時，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濕程度的高低。 當(dāng)θ<90°，固氣>液氣，液滴被拉開，沿礦物表面展開，礦物表面被潤濕，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。當(dāng)θ=0，cos θ=1，固體被液體*潤濕。

當(dāng)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(qiáng)，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(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。

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：單張拍攝、連續(xù)間隔拍攝（慢存）、連續(xù)拍攝（快存）、即刻回放

4、接觸角測試范圍：0<θ<180°

5、測試分辨率：0.01°

6、測試精度： 0.1°

7、內(nèi)置或外置旋轉(zhuǎn)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、樣品臺大小：可測試樣品：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)，實時和測量可在同一界面下相互轉(zhuǎn)換。即在實時的視窗下瞬間凍結(jié)圖像，

并直接可以測量，無須轉(zhuǎn)換界面，既方便又增加了實時性。

（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算機(jī)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、自動旋轉(zhuǎn)平臺便于測量前進(jìn)角和后退角。

3、動、靜態(tài)接觸角、接觸角動態(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(zhuǎn)落法、插入法

6、左右接觸角值計算補(bǔ)償

7、視頻采集試樣圖象信息，計算機(jī)測量，保存，打印。

8、軟件設(shè)計符合應(yīng)用需求：

接觸角測試儀組成：

自動旋轉(zhuǎn)平臺、視頻采集卡、CCD攝像頭、高級變焦鏡頭、自動電控溫系統(tǒng)、、自動進(jìn)樣、自動影像分析系統(tǒng)、全電動三維平臺光源采用密集LED冷光設(shè)計，發(fā)光均勻，圖像清洗，壽命長；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*；樣品臺采用三維手動精調(diào)平臺，操作靈活，定位準(zhǔn)確，樣品臺可根據(jù)實際樣品尺寸定制；采集系統(tǒng)采用黑白CCD相機(jī)，拍攝穩(wěn)定，圖像清晰，真實可靠，鏡頭采用工業(yè)級配置，0.7-4.5倍放大可調(diào)，成像無畸形失真；分析軟件功能強(qiáng)大，具備一鍵式全自動擬合能力，具備的擬合方法，滿足各種液滴形態(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)；
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）；