接觸角測量儀的應(yīng)用：超親水材料的接觸角測量

超親水材料對水的潤濕性非常好，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)域會涉及到極低接觸角的測量。比如液晶屏和太陽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)視法接觸角測量儀時，如果接觸角低于 15°，測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，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，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，這會直接影響接觸角的擬合計算。

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

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

俯視法接觸角測量儀測量范圍廣，尤其是接觸角值極小時依然能夠得到準(zhǔn)確可靠的測量結(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，是測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)，使得我們對圖像數(shù)據(jù)求解上述方程成為了可能。

簡單地說，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)視法和俯視法對同一液滴同時測量接觸角得到的結(jié)果。

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