接觸角測(cè)量?jī)x的應(yīng)用：超親水材料的接觸角測(cè)量

超親水材料對(duì)水的潤(rùn)濕性非常好，水滴在這種材料表面上極易鋪展，接觸角數(shù)值很小，稱為極低接觸角。

在很多應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)涉及到極低接觸角的測(cè)量。比如液晶屏和太陽(yáng)能電池板的清洗工序。清洗后有機(jī)污染物去除的越*，材料表面越清潔則接觸角數(shù)值越小。工藝上往往要求水滴的接觸角小于10°甚至更低。

利用傳統(tǒng)的側(cè)視法接觸角測(cè)量?jī)x時(shí)，如果接觸角低于 15°，測(cè)量難度將隨著接觸角角度的減小而急劇升高，準(zhǔn)確性和可靠性下降。當(dāng)接觸角低于約 5°時(shí)，幾乎很難再得到有意義的結(jié)果。這是因?yàn)楫?dāng)接觸角下降到這一范圍時(shí)，液滴的側(cè)面圖像嚴(yán)重受到側(cè)面光照和樣品反光的影響，采用傳統(tǒng)側(cè)視成像的方式很難再獲得準(zhǔn)確的液滴邊緣輪廓，這會(huì)直接影響接觸角的擬合計(jì)算。

解決極低接觸角的測(cè)量問(wèn)題，采用俯視成像方式是一種非常可靠的測(cè)量方法。俯視測(cè)量法是通過(guò)從液滴正上方觀測(cè)在固體表面上的液滴形狀來(lái)獲得液滴接觸角的測(cè)量方法。

下圖是使用側(cè)視法和俯視法對(duì)同一液滴同時(shí)拍照得到的照片。顯然在接觸角 5°左右時(shí)側(cè)視法的照片液滴輪廓已經(jīng)模糊，軟件無(wú)法自動(dòng)準(zhǔn)確的計(jì)算出液滴的邊界，而俯視法液滴的三相接觸線輪廓清晰可見(jiàn)。

俯視法接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量范圍廣，尤其是接觸角值極小時(shí)依然能夠得到準(zhǔn)確可靠的測(cè)量結(jié)果。在此類應(yīng)用中俯視法和傳統(tǒng)側(cè)視法相比，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，是測(cè)量超親水材料接觸角的優(yōu)選方法。

受益于二十世紀(jì)末計(jì)算機(jī)速度的大幅提高和高分辨率數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)，使得我們對(duì)圖像數(shù)據(jù)求解上述方程成為了可能。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，在已知液體表面張力和密度的前提下，如果我們能夠控制液滴的體積并且精確的測(cè)量液滴和材料表面三相接觸線的形狀尺寸，我們就可以利用 Laplace-Young 模型計(jì)算出液滴的三維輪廓，從而準(zhǔn)確的得到接觸角數(shù)值。

下圖為使用側(cè)視法和俯視法對(duì)同一液滴同時(shí)測(cè)量接觸角得到的結(jié)果。

注意：根據(jù)接觸角不同計(jì)算模型的特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)在材料表面均一性較好的情況下，側(cè)視法測(cè)量接觸角在 0~180°范圍內(nèi)都可以使用，并且在 130°以上時(shí)側(cè)視法測(cè)量結(jié)果更為可靠；俯視法測(cè)量接觸角在 0~180°范圍內(nèi)都可以使用，并且在 10°以下時(shí)俯視法測(cè)量結(jié)果更為可靠。