接触角测定仪 接触角测量仪:方法和应用-晟鼎精密仪器( 二 )
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。在测量接触角时，将上述公式转换成如下形式:在已知液体的表面张力值y和总润湿周长I的情况下，可以通过测量得到的力f来计算接触角值θ，测量时，将待测样品的表面悬挂在天平的力传感器上，而不是金属片上，使其缓慢伸入液相， 并且记录作用力的变化，由此可以计算并获得液体在固体表面上的前进接触角。 然后从液相中慢慢拉出固体样品，记录力的变化，这样就可以计算得到液体在固体表面的后退接触角。
因此，该方法可用于测量液体在固体表面的动态接触角，包括向前和向后接触角值，并能很好地控制液体/气体/固体表面-三相接触线的移动速度。 原则上，修正的Wilhemy Plate方法可以用来测量任何几何形状的表面，如果我们能够精确地测量它被液体润湿时的总周长I，并且这个值在样品的移动过程中保持不变(或者我们可以预先知道它的变化函数关系)。计算出的接触角值代表沿着该润湿总周长的(平均)有效值。
但是这里有几个问题:
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。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。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。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。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。因此，这种方法通常仅用于测量表面周围具有相同性质的薄板/薄板和圆柱体(包括纤维)。虽然这种方法也曾用于测量颗粒/粉末的接触角(通过将颗粒/粉末粘合到双面胶带的两侧)，但在这种情况下，如何测量润湿时颗粒/粉末的总周长I有待进一步讨论，因为颗粒/粉末组成的表面是不均匀的，包括起伏和间隙，其真实的I值可能比使用几何规则简单测量/计算得到的值大得多，这是一个疑点。然而，对于超疏水表面，这个问题可能更复杂。
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