接觸角測量儀測量接觸角的方法,目前通常有兩種:一種是外形圖像分析方法;一種是稱重法。稱重法也稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀。但應(yīng)用相對廣泛的是外形圖像分析法。其原理為,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(jì)算出來。
下圖為接觸角測量儀
日常對接觸角的分析可能會存在一些不準(zhǔn)確的因素:
一、表面不均勻
表面不均勻是造成接觸角滯后的一個重要原因,若固體表面由與液體親合力不同的兩部分a、b組成,則液體對復(fù)合表面的接觸角與對兩種純固體表面成分自身的接觸角的關(guān)系是:
COSθ=XaCosθa+XbCosθb;
Xa、Xb指a、b的摩爾分?jǐn)?shù),θa、θb指液體在a固體和b固體上的接觸角。
實(shí)踐表明,前進(jìn)角一般反映與液體親合力較弱的那部分固體表面的潤濕性,因此,θA較大(COSθ小),而后退角反映與液體親合力較強(qiáng)的那部分固體表面的性質(zhì),因此,θR較小。對于一些無機(jī)固體,由于表面能較高,固而極易吸附一些低表面能的物質(zhì)而形成復(fù)合表面,因此,造成液體對這種復(fù)合表面形成的接觸角滯后現(xiàn)象,可見,欲準(zhǔn)確測定一種固體的接觸角,必須保證固體表面不受污染。
二、表面不平
表面不平也是造成接觸角滯后的主要因素,若將一玻璃粗化后,將一水滴滴在傾斜玻璃上,則出現(xiàn)接觸角滯后??蒲腥藛T根據(jù)研究固體表面粗度對潤濕性的影響,在一個給定的幾何面經(jīng)粗化后,必然使表面積增大,若以r表示粗化程度,則:
r=A(真實(shí))/A(表觀);
顯然,r越大,表面越不平,這時,應(yīng)用潤濕方程時應(yīng)加以粗化較正,r(Ysg-Ysl)=Ylgcosθ',θ'為粗糙表面上的接觸角,將上式與無粗化的潤濕方程相比可得:
r=cosθ'/cosθ;當(dāng)θ<90°表面粗化將使θ'<θ,當(dāng)θ>90°,表面粗化將使θ'>θ(接觸角變大,潤濕性變差)如對可潤濕的金屬表面,表面經(jīng)打磨粗化后,可使?jié)櫇裥宰兒?如電鍍時需表面充分潤濕),而對于不潤濕的固體表面,表面粗化,將使θ變大,潤濕變差(對一些高聚物表面,可通過粗化使其防水能力提高)。