靜態(tài)接觸角常用測量方法

1、座滴法

早期的靜態(tài)接觸角測量方式采用量角器，通過肉眼確定基線，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)以圖像為核心的接觸角測量方法。座滴法是最簡單、最直接、對硬件要求較低的測量方法，應(yīng)用最為廣泛。座滴法接觸角的計算方法分為非基于模型和基于模型，非基于模型沒有全部利用液體的輪廓信息，例如切線法、寬高法；而基于模型的計算方法，需要預(yù)先假設(shè)一種輪廓模型，例如圓、橢圓或者ADSA-P，再將圖像采集到的液體輪廓點集帶入模型求解參數(shù)。在沒有噪聲干擾下理論精度大于前者。后續(xù)主要以座滴法的模型作為研究對象。

2、斜板法

斜板法一般用于絲狀細(xì)小的材料，將材料制作成幾厘米長的樣本插入液體中，調(diào)節(jié)樣品與液面的夾角，使樣品的其中一端液面處理水平狀態(tài)，此時液面與樣品的夾角θ為接觸角，如圖1-2所示。

圖1-2 斜板法模型

3、插板法

插板法需要將樣品垂直插入液面，假設(shè)固體能被液體浸潤，到達(dá)平衡時，液體爬升高度為，固體浸入深度為，則它們與接觸角之間的關(guān)系滿足式（1-4）。

圖1-3 插板法

（1-4）

式中：表示液體與氣體之間的界面張力；表示重力加速度；表示液相與氣相的密度差： 為該液體的毛細(xì)管長度（capillary length），稱為液體的毛細(xì)常數(shù)。

插板法處于平衡時，根據(jù)板子的重力，液體對板的浮力，表面張力，儀器對板身上的拉力，滿足式1-5：

（1-5）

式中：通過力學(xué)傳感器獲得

對于和有：

（1-6）

（1-7）

式中為為三相接觸線的長度，即板與液體相交的周長， 為板子插入液體的深度。將式子（1-6）和式子（1-7）代入式（1-5）得到

（1-8）

使用插板法則不需要通過液體的輪廓進(jìn)行分析，但對于測試樣品需要確保表面足夠光滑、各處表面性能相同。

4、擄泡法

擄泡法與座滴法互為鏡像關(guān)系，如圖1-4所示，對于表面比較光滑的材料，其測量結(jié)果和座滴法已經(jīng)得到驗證[1]。使用此方法可以解決材料比較親水時輪廓不易觀察的情況，并且有利用于控制測試液體的溫度。缺點是泡在液體里的材料容易導(dǎo)致濕潤性能改變，且測試時需要使用大量液體，容易造成浪費。

圖1-4 擄泡法模型