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。

       在很多應用領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。清洗后有機污染物去除的越徹底，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，準確性和可靠性下降。當接觸角低于約 5°時，幾乎很難再得到有意義的結(jié)果。這是因為當接觸角下降到這一范圍時，液滴的側(cè)面圖像嚴重受到側(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?？煽康臏y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確可靠的測量結(jié)果。在此類應用中俯視法和傳統(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Z佳選擇。

       受益于二十世紀末計算機速度的大幅提高和高分辨率數(shù)碼相機的出現(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，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。

      超親水一般是指水滴能夠在材料表面完全鋪展開，使接觸角等于或者接近于0°。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。

      在不少應用領域遇到的接觸角的值會很低，或者要求其值越低越好。比如液晶屏和太陽能電池板的清洗工序就是這樣一個比較典型的應用領域，通過對玻璃/金屬等表面的清洗以去除上面的油脂等有機、低表面能的污染物，然后通過測量水滴在其上面的接觸角來評估或確保清洗的效果。清洗后有機污染物去除的越徹底，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。

       多數(shù)情況下，當接觸角低于約 15°時，測量難度將隨著接觸角角度的減小而急劇升高，準確性和可靠性下降；當接觸角低于約 5°時，已幾乎很難再得到有意義的結(jié)果。這是因為當接觸角下降到這一范圍時，液滴的側(cè)面圖像嚴重受到側(cè)面光照和樣品反光的影響，采用傳統(tǒng)側(cè)視成像的方法很難再獲得準確的液滴邊緣輪廓，這會直接影響接觸角的擬合計算。為了解決極低接觸角的測量問題，LAUDA Scientific接觸角測量儀引入了一種可靠的極低接觸角測量方法：俯視成像測量方法。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。

       下圖是使用傳統(tǒng)側(cè)視法和俯視法對同一液滴同時拍照得到的照片。顯然接觸角值在5°左右時側(cè)視法照片的液滴輪廓已經(jīng)模糊，軟件已經(jīng)無法自動準確的獲得液滴的邊緣輪廓，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確可靠的測量結(jié)果。在此類應用中俯視法和傳統(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)先選擇。

根據(jù)接觸角不同計算模型的特點，一般來說在材料表面均一性較好的情況下，側(cè)視法接觸角測量儀測量接觸角值在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；俯視法接觸角測量儀測量接觸角值在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。

        在很多應用領域會涉及到測量超親水材料的接觸角。比如液晶屏和太陽能電池板的清洗工序。清洗后有機污染物去除的越徹底，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)視法接觸角測量儀測量接觸角，如果接觸角低于15°，測量難度隨著接觸角角度的減小而急劇升高，準確性和可靠性下降；當接觸角低于約5°時，幾乎很難再得到有意義的結(jié)果。對于測量極低接觸角，俯視測量法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。

        側(cè)視法和俯視法對同一液滴同時拍照得到的圖片如下圖所示，接觸角5°左右時側(cè)視法的液滴輪廓已經(jīng)模糊，軟件無法自動準確地計算出液滴的邊界，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確可靠的測量結(jié)果。在此類應用中俯視法和傳統(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JJ選擇。

荷葉（Lotus effect）具有非常好的超疏水性，因而，在取得ZH的平衡接觸角時，出現(xiàn)了明顯的彈跳效果。且如果疏水角度越大，彈跳的高度越高。且從效果影像中可以看出，此時的滾動角度非常小，水滴很容易滾動。

而這些均是我們長期研究中，我們僅僅注意了荷葉的表面結(jié)構(gòu)以及平衡態(tài)的接觸角值（平衡態(tài)的接觸角值僅僅表征了部分性質(zhì)）。在測試過程中，我們也發(fā)現(xiàn)由于荷葉的超疏水性，水滴從針頭轉(zhuǎn)移到荷葉表面會相對比較困難。目前美國科諾提供了全世界Z細的27號聚四氟乙烯針頭以及34號不銹鋼針頭，液滴轉(zhuǎn)移時量為4－5uL左右。由于滾動角（roll-off angle）非常小，所以，水滴停留的地方通常是表面有瑕疵的位置或邊緣，此時的平衡接觸角值意義不大。

由下面的影像我們認為，從高速的角度考慮才是最合理的方案，表征超疏水效果會比一般平衡接觸角值的表征會更有意義。且，在接觸角以及界面能量的分析中，我們采用了在Young-lapalace方程擬合中增加能量（重力加速度等勢能與動能的考慮），提出了世界ling先技術(shù)的ADSA－HS技術(shù)，從而為我們進一步探究仿生材料提供了更好的分析技術(shù)。

2、我們對比實驗了一組普通材料的水滴滴向表面的效果，其在平衡接觸角形成前的動態(tài)效果如下所示。

很明顯的看出，此時的彈跳效果不明顯，這是由于固體表面自由能大于液滴彈跳的作用能量。且我們非常容易得到結(jié)論，固體表面能越大，其向上延展的高度就越低。

（1）空調(diào)器用超親水鋁箔的動態(tài)接觸角演變過程。ZH平衡接觸角值為3度以內(nèi)。

（2）實驗室用載玻片接觸角演變影像。

（3）不銹鋼表面平衡態(tài)接觸角前的動態(tài)演變影像。

（4）聚四氟乙烯表面平衡態(tài)接觸角前的動態(tài)演變影像

       目前使用光學接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法和加液/減液法三種。

       DY種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時液滴不一定發(fā)生移動，但是形狀會發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的接觸角則不斷地變小，當表面傾斜到一定角度時，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時液滴下方三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是ZD前進角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是最小后退角。當液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時的表面傾斜角，就叫滾動角（滑動角）。

       使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

       第二種方法是離心轉(zhuǎn)臺法又稱滯留力天平法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用離心轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，液滴整體受到的離心力越來越大，液滴開始發(fā)生形狀變化，并且順著旋轉(zhuǎn)半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯，直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外側(cè)的接觸角不斷地增大，而內(nèi)側(cè)的接觸角則不斷地變小，當轉(zhuǎn)速達到一個臨界值時，液滴開始發(fā)生整體滑動，此時液滴外側(cè)三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是ZD前進角，而液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應的接觸角就是最小后退角。根據(jù)轉(zhuǎn)速和半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。

       使用離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。

       第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，把注射針插入液滴內(nèi)部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注射過程中兩側(cè)的接觸角不斷地增大，直到三線接觸點發(fā)生移動時的亞平衡狀態(tài)。而在回吸液體的過程中兩側(cè)的接觸角則不斷地變小，直到三線接觸點發(fā)生移動時的亞平衡狀態(tài)。如果液體注射和回吸的速度足夠緩慢，三相接觸點運動處于一個亞平衡狀態(tài)，此時得到的接觸角分別為ZD前進角和最小后退角。

       使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且不需要額外的特殊附件，投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。  

具體應用領域舉例︰

1、金屬焊接過程中，檢測焊劑對金屬的附著力︰

2、印刷行業(yè)油墨，金屬，紙張之間的附著力︰

3、粘接劑與固體間的粘接程度研究︰

4、航天工業(yè)空中雨霧對飛機基體的潤濕程度檢測︰

5、軍事科學中彈片在空氣中與雨霧接觸角的測定︰

6、石油開采過程中，注人添加劑與原油中固體前進角，后退角的測定︰

7、納米材料與不同活性集問潤濕性的測定、研究︰

8、鋁箔親水角的測定︰

總之，該體器應用范圍之廣泛不能在此一一舉例。

儀器參數(shù)

接觸角測量范圍：0-180°
接觸角測量精度：±0.1°
表界面張力測量范圍：0-1000mN/m；測量精度：0.01 mN/m
高精度自動滴液系統(tǒng)：高精密工業(yè)微量注液泵；滴液精度：0. 1μl
接觸角高精密儀器校準片：德國原裝進口接觸角角度校準標準片3°5°8° 60°90°120°115°

接觸角專業(yè)測量方法

座滴法（sessile drop）;

薄膜法（lamella method）;

擄泡法（Captive bubble method）;

包覆纖維法（wetted fiber）;

纖維座滴法（sessle fiber drop）;

軟件概述

接觸角多元化分析方式：全自動擬合法，半自動擬合法，手動水平測量，手動斜面測量，寬高測量法，凹凸面測量法，人工切線法等
多元化軟件計算方法：圓環(huán)擬合法(40度以下)；橢圓擬合法(40-120度)；Young-Lapalacer擬合法(120度以上)
表面自由能計算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（軟件中預裝部分液體數(shù)據(jù)庫，可自行建立液體性能參數(shù)）

       在接觸角測量的專業(yè)領域，大家普遍認為單純測量靜態(tài)接觸角不足以表征材料表面的潤濕特性，只有通過測量包括前進接觸角和后退接觸角值在內(nèi)的動態(tài)接觸角才能為表征待測體系的潤濕特性提供更完整的信息。測量實際材料表面上的接觸角比估算理想表面上的接觸角更有意義。

      目前使用光學接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有三種：

       一、斜板法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。

       二、離心旋轉(zhuǎn)臺法（即滯留力天平法），實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用離心旋轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。

       三、加液-減液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，把注射針插入液滴內(nèi)部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。

       三種方法測量動態(tài)接觸角的特點總結(jié)如下：

       斜板法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

       滯留力天平法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法既適用于疏水材料也適用于親水材料。

       加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且不需要額外的特殊附件，投資較低，缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。

具體應用領域舉例︰

1、金屬焊接過程中，檢測焊劑對金屬的附著力︰

2、印刷行業(yè)油墨，金屬，紙張之間的附著力︰

3、粘接劑與固體間的粘接程度研究︰

4、航天工業(yè)空中雨霧對飛機基體的潤濕程度檢測︰

5、軍事科學中彈片在空氣中與雨霧接觸角的測定︰

6、石油開采過程中，注人添加劑與原油中固體前進角，后退角的測定︰

7、納米材料與不同活性集問潤濕性的測定、研究︰

8、鋁箔親水角的測定︰

總之，該體器應用范圍之廣泛不能在此一一舉例。

儀器參數(shù)

接觸角測量范圍：0-180°
接觸角測量精度：±0.1°
表界面張力測量范圍：0-1000mN/m；測量精度：0.01 mN/m
高精度自動滴液系統(tǒng)：高精密工業(yè)微量注液泵；滴液精度：0. 1μl

光學系統(tǒng)：0.7X-0.5X高清晰卡位變倍鏡頭

視頻系統(tǒng)：USB3.0攝像機+PC軟控40幀/秒（可選100幀/秒、300幀/秒、1000幀/秒或更高）

接觸角專業(yè)測量方法

座滴法（sessile drop）;

薄膜法（lamella method）;

擄泡法（Captive bubble method）;

包覆纖維法（wetted fiber）;

纖維座滴法（sessle fiber drop）;

軟件概述

接觸角多元化分析方式：全自動擬合法，半自動擬合法，手動水平測量，手動斜面測量，寬高測量法，凹凸面測量法，人工切線法等
多元化軟件計算方法：圓環(huán)擬合法(40度以下)；橢圓擬合法(40-120度)；Young-Lapalacer擬合法(120度以上)
表面自由能計算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（軟件中預裝部分液體數(shù)據(jù)庫，可自行建立液體性能參數(shù)）

      超疏水表面指難以被水潤濕的表面，在這種表面上水滴難以鋪展，水總是團聚在一起。 測量液滴和材料的接觸角是評價材料表面潤濕性的主要方法，超疏水材料的接觸角甚至會大 于 150°。為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，在實驗中有必要測量液滴的前進角、后退 角和滾動角等動態(tài)過程。 

      使用光學接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉(zhuǎn)移到材料表面，但是由于材料的超疏水特性，液滴總是粘附在注射針的頂端，很難轉(zhuǎn)移到材料表面。如果過分增大液滴的體積， 利用重量把液滴轉(zhuǎn)移下來，過大的液滴會增加準確測量接觸角的難度。有人不得不用手指輕 彈注射針抖落液滴，這也不是規(guī)范的實驗操作。非接觸式注液是目前解決這個問題的好方法。 

      非接觸式注液是指通過注射器上的噴嘴，利用注射泵的脈沖推射液滴，使液滴直接落到 材料表面上。這種注液方式完全避免了液滴在注射針針頭上的粘附，徹底解決了液滴轉(zhuǎn)移的 問題。 

圖 1 非接觸式注液（注射時間約 200ms） 

      在液體轉(zhuǎn)移到材料表面之后，儀器會自動拍下一張清晰的照片。為了準確的計算液滴的 接觸角，我們建議使用 Laplace-Young 算法。因為在超疏水材料上的液滴接觸角很大，呈現(xiàn) 很好的軸對稱性，在諸多接觸角計算的模型中，Laplace-Young 算法全面考慮到重力、密度 等因素對液滴形狀的影響，所以它是Z為準確的測量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的 計算方法。 

圖 2 Laplace-Young 法計算接觸角 

      為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，除了測量液滴在在水平的材料表面上的接觸角之 外，我們往往還要測量液滴在材料傾斜表面上的前進角、后退角、和滾動角。使用自動傾斜 臺可以方便的完成這種測量。這里需要注意到液滴處于傾斜表面上在重力作用下已經(jīng)不再對 德菲知識分享 稱，所以 Laplace-Young 法一般不再適用，此時需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計算的一些專用方法，例如 Truedrop 算法。

圖 3 傾斜臺測量動態(tài)接觸角和滾動角

如果儀器沒有配置自動傾斜臺，那么可以考慮使用注液-吸液法測量前進角和后退角。 在注液和吸液過程中注射針可能會偏離液滴的ZX，這時如果注射針架可以在 X/Y/Z 三軸精密移動，將會方便的調(diào)整注射針的位置，使得注射針對液滴形狀的影響降到Z小，能夠較為 準確的測量前進角和后退角的數(shù)值。 

圖 4 注液-吸液法測量動態(tài)接觸角 

Z后在進行數(shù)據(jù)分析的時候，接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點位置的變化緊密相關(guān)。 所以在動態(tài)數(shù)據(jù)圖表上Z好同時顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點位置的變化曲線。這樣才能完整準確的描述前進角和后退角的形成及變化過程。

 圖 5 動態(tài)接觸角數(shù)據(jù)曲線圖 加液-減液法

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）

      廣義的潤濕是指表面上一種流體被另一種流體取代的過程。在通常情況下潤濕是指在固 體表面上空氣被水或其他液體取代的過程。為了評價材料表面的潤濕性，我們可以采用測量 液體在固體材料表面上接觸角的方法。 

      在材料表面上附著的液滴會呈現(xiàn)出一定形狀，這個形狀取決于固體-液體-氣體各界面之 間的張力平衡。1805 年 Thomas Young 首先提出了一個方程描述這個平衡態(tài)。

圖 1 Young 方程 

      就接觸角的數(shù)值而言，接觸角越小說明固體表面越容易被液體潤濕，接觸角越大說明固 體表面越難被液體潤濕。 

      對于理想的固體表面，當液滴在表面達到力學平衡后，只有一個符合 Young 方程的接觸角值。然而，實際上材料表面都是非理想的，材料表面會有一定的粗糙度，材料表面的化學性質(zhì)不均一甚至被污染，所以必然會出現(xiàn)接觸角滯后的現(xiàn)象。所謂接觸角滯后就是指液滴在 潤濕材料表面的過程中，所呈現(xiàn)出的接觸角不斷變化的現(xiàn)象。在真實條件下測量出的接觸角 值總是在處于Z大前進角和Z小后退角之間的一個數(shù)值。

      由于以上提到的原因，我們知道接觸角的測量結(jié)果是和液滴形成的過程直接相關(guān)的，液 滴形狀大小的變化和三相接觸線的運動會直接反應到前進角和后退角的測量結(jié)果上。在某些 材料表面上測量前進角和后退角的差值甚至達到 90°以上。測量動態(tài)接觸角能夠定量的描 述接觸角滯后的現(xiàn)象，為液體在實際材料表面上的潤濕研究提供了有力的方法。 

      在接觸角測量的專業(yè)領域，大家普遍認為單純測量靜態(tài)接觸角不足以表征材料表面的潤濕特性，只有通過測量包括前進接觸角和后退接觸角值在內(nèi)的動態(tài)接觸角才能為表征待測體 系的潤濕特性提供更完整的信息。測量實際材料表面上的接觸角也比估算理想表面上的接觸角更有意義。

      目前使用光學接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法和加液/減 液法三種。

      diyi種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾 斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時 液滴不一定發(fā)生移動，但是形狀會開始發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的 接觸角則不斷地變小，當表面傾斜到一定角度時，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時液滴下方 三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是Z大前進角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之 前對應的接觸角就是Z小后退角。當液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時的表面傾斜角， 就叫滾動角（滑動角）。

圖 2 傾斜臺法測量動態(tài)接觸角和滾動角 

      使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

      第二種方法是離心旋轉(zhuǎn)臺法又稱滯留力天平法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面 后，利用離心旋轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。 隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，液滴整體受到的離心力越來越大，液滴開始發(fā)生形狀變化，并且順著 旋轉(zhuǎn)半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯，直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外 側(cè)的接觸角不斷地增大，而內(nèi)側(cè)的接觸角則不斷地變小，當轉(zhuǎn)速達到一個臨界值時，液滴開 始發(fā)生整體滑動，此時液滴外側(cè)三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是Z大前進角，而 液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應的接觸角就是Z小后退角。根據(jù)液滴體積、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn) 半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。

上圖從左至右轉(zhuǎn)速和離心力逐漸增加

圖 3 離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角 

使用離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。 

      第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后， 把注射針插入液滴內(nèi)部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液 體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注 射和回吸過程中兩側(cè)的接觸角不斷地變化，三線接觸點同時發(fā)生移動。如果液體注射和回吸 的速度足夠緩慢，三相接觸點運動接近一個亞平衡狀態(tài)，過程中可以得到Z大前進角和Z小后退角。

圖 4 加液-減液法測量動態(tài)接觸角 

      使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且不需要額外的特殊附件，投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）

       目前使用光學接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法和加液/減液法三種。

       DY種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時液滴不一定發(fā)生移動，但是形狀會發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的接觸角則不斷地變小，當表面傾斜到一定角度時，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時液滴下方三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是ZD前進角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是最小后退角。當液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時的表面傾斜角，就叫滾動角（滑動角）。

       使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

       第二種方法是離心轉(zhuǎn)臺法又稱滯留力天平法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用離心轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，液滴整體受到的離心力越來越大，液滴開始發(fā)生形狀變化，并且順著旋轉(zhuǎn)半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯，直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外側(cè)的接觸角不斷地增大，而內(nèi)側(cè)的接觸角則不斷地變小，當轉(zhuǎn)速達到一個臨界值時，液滴開始發(fā)生整體滑動，此時液滴外側(cè)三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是ZD前進角，而液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應的接觸角就是最小后退角。根據(jù)轉(zhuǎn)速和半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。

       使用離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。 

       第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，把注射針插入液滴內(nèi)部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注射過程中兩側(cè)的接觸角不斷地增大，直到三線接觸點發(fā)生移動時的亞平衡狀態(tài)。而在回吸液體的過程中兩側(cè)的接觸角則不斷地變小，直到三線接觸點發(fā)生移動時的亞平衡狀態(tài)。如果液體注射和回吸的速度足夠緩慢，三相接觸點運動處于一個亞平衡狀態(tài)，此時得到的接觸角分別為ZD前進角和最小后退角。

       使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且不需要額外的特殊附件，投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。

動態(tài)接觸角測試儀HD-CA7具備諸多特性。它配備高靈敏度輔助對焦系統(tǒng)，能確保成像清晰、操作便捷，有效提升測量精度與效率；采用雙通道微量滴液器設計，可適配多種檢測環(huán)境，大幅提高檢測效率與靈活性；相機拍攝角度支持可視化精確調(diào)節(jié)，能適應復雜樣品形貌及特殊實驗場景，增強系統(tǒng)通用性。擁有一鍵啟動的連續(xù)、批量自動滴液功能，能實現(xiàn)高效、等間距的批量樣品測試，減少人為誤差，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。設備內(nèi)部框架采用高強度、高穩(wěn)定性的航空鋁結(jié)構(gòu)，大幅提升系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性與抗干擾能力，確保長期運行下的科研級精度。

       超疏水表面指難以被水潤濕的表面，在這種表面上水滴難以鋪展，水總是團聚在一起。測量液滴和材料的接觸角是評價材料表面潤濕性的主要方法，超疏水材料的接觸角甚至會大于 150°。為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，在實驗中有必要測量液滴的前進角、后退角和滾動角等動態(tài)過程。
       使用光學接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉(zhuǎn)移到材料表面，但是由于材料的超疏水特性，液滴總是粘附在注射針的頂端，很難轉(zhuǎn)移到材料表面。如果過分增大液滴的體積，利用重量把液滴轉(zhuǎn)移下來，過大的液滴會增加準確測量接觸角的難度。有人不得不用手指輕彈注射針抖落液滴，這也不是規(guī)范的實驗操作。非接觸式注液是目前解決這個問題的好方法。
       非接觸式注液是指通過注射器上的噴嘴，利用注射泵的脈沖推射液滴，使液滴直接落到材料表面上。這種注液方式完全避免了液滴在注射針針頭上的粘附，徹底解決了液滴轉(zhuǎn)移的問題。

       在液體轉(zhuǎn)移到材料表面之后，儀器會自動拍下一張清晰的照片。為了準確的計算液滴的接觸角，我們建議使用 Laplace-Young 算法。因為在超疏水材料上的液滴接觸角很大，呈現(xiàn)很好的軸對稱性，在諸多接觸角計算的模型中，Laplace-Young 算法全面考慮到重力、密度等因素對液滴形狀的影響，所以它是Z準確的測量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的計算方法。

       為了全面的評價超疏水材料的潤濕性，除了測量液滴在在水平的材料表面上的接觸角之外，我們往往還要測量液滴在材料傾斜表面上的前進角、后退角、和滾動角。使用自動傾斜臺可以方便的完成這種測量。這里需要注意到液滴處于傾斜表面上在重力作用下已經(jīng)不再對稱，所以 Laplace-Young 法一般不再適用，此時需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計算的一些專用方法，例如 Truedrop 算法。

       如果儀器沒有配置自動傾斜臺，那么可以考慮使用注液-吸液法測量前進角和后退角。在注液和吸液過程中注射針可能會偏離液滴的ZX，這時如果注射針架可以在 X/Y/Z 三軸精密移動，將會方便的調(diào)整注射針的位置，使得注射針對液滴形狀的影響降到Z小，能夠較為準確的測量前進角和后退角的數(shù)值。

       Z后在進行數(shù)據(jù)分析的時候，接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點位置的變化緊密相關(guān)。所以在動態(tài)數(shù)據(jù)圖表上同時顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點位置的變化曲線。這樣才能完整準確的描述前進角和后退角的形成及變化過程。

      用光學接觸角測量儀測量接觸角首先需要將液滴轉(zhuǎn)移到材料表面，但是由于材料的超疏水特性，液滴總是粘附在注射針的頂端，很難轉(zhuǎn)移到材料表面。如果過分增大液滴的體積，利用重量把液滴轉(zhuǎn)移下來，過大的液滴會增加準確測量接觸角的難度。有人不得不用手指輕彈注射針抖落液滴，這也不是規(guī)范的實驗操作。非接觸式注液是目前解決這個問題的好方法。

       非接觸式注液是指在注射器上安裝一個針嘴，通過注射泵的脈沖推射液滴，使液滴直接落到材料表面上。這種注液方式完全避免了液滴在注射針針頭上的黏附，徹底解決了液滴轉(zhuǎn)移的問題。

       非接觸式注液打破了傳統(tǒng)注射單元只能控制注射速度的局限，WM地將注射速度和注射加速度結(jié)合在一起，解決了超疏水材料接觸角測量的ZD障礙—液滴“包針”問題 。