如果假設(shè)涉及的是理想、WM的樣品表面，那么這里的重復(fù)性所指的純粹是測量方法的重復(fù)性。在這種情況下，目前好的儀器可以達(dá)到的測量測量重復(fù)性在0.1-0.3°。而這一結(jié)果也得到許多實(shí)際測量的支撐，有不少學(xué)者研究過液體在相當(dāng)WM的固體樣品表面（同一晶面）的接觸角值，測量結(jié)果的重復(fù)性基本上符合這里提及的數(shù)值。

       對于通常的樣品表面，我們遇到過的比較WM的工業(yè)產(chǎn)品表面的接觸角測量的可重復(fù)性在1°以內(nèi)（接觸角值在100-120°范圍），這一重復(fù)性包括前進(jìn)接觸角測量的可重復(fù)性和采用固定操作步驟而獲得的所謂的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性。但我們也時(shí)常遇到一些樣品，即使同樣采用固定操作步驟，獲得的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性或波動幅度在3-5°。

       對于普通的表面，如果其接觸角滯后性的幅度在幾十度的范圍，一般情況下，前進(jìn)接觸角值的可重復(fù)性要比通過簡單測量獲得的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性好得多。后者的可重復(fù)性，即使采用固定操作步驟，在很大程度上取決于難免存在的、微小的操作上的差異可能對液滴ZH展現(xiàn)的接觸角值的影響，而這又與樣品本身的屬性緊密相關(guān)。

       另外，前面討論的結(jié)論都是基于樣品表面屬性基本均勻（化學(xué)/物理/幾何均勻性）的前提。如果樣品表面本身就不符合這一前提，那么測量得到的數(shù)值的波動幅度不但包含了前面提及的測量的因素，更是包括了樣品表面本身的屬性波動，這也是為什么通過測量液滴在固體表面不同位置上的接觸角值，可以樣品對表面均一性或不均一性進(jìn)行表征的基礎(chǔ)。

      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(tuán)聚在一起。 測量液滴和材料的接觸角是評價(jià)材料表面潤濕性的主要方法，超疏水材料的接觸角甚至?xí)? 于 150°。為了全面的評價(jià)超疏水材料的潤濕性，在實(shí)驗(yàn)中有必要測量液滴的前進(jìn)角、后退 角和滾動角等動態(tài)過程。 

      使用光學(xué)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)操作。非接觸式注液是目前解決這個(gè)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(shí)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(zhǔn)確的計(jì)算液滴的 接觸角，我們建議使用 Laplace-Young 算法。因?yàn)樵诔杷牧仙系囊旱谓佑|角很大，呈現(xiàn) 很好的軸對稱性，在諸多接觸角計(jì)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(zhǔn)確的測量水平的超疏水材料表面上液體接觸角的 計(jì)算方法。 

圖 2 Laplace-Young 法計(jì)算接觸角 

      為了全面的評價(jià)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(jìn)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(shí)需要使用能夠?qū)σ旱伪砻娣侄螖M合計(jì)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(jìn)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(shí)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(zhǔn)確的測量前進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，接觸角的數(shù)值變化往往和三相接觸點(diǎn)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(shí)顯示接觸角的變化曲線和三相接觸點(diǎn)位置的變化曲線。這樣才能完整準(zhǔn)確的描述前進(jìn)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）

       目前使用光學(xué)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(shí)驗(yàn)是將一個(gè)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(shí)跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時(shí)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(dāng)表面傾斜到一定角度時(shí)，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時(shí)液滴下方三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動之前對應(yīng)的接觸角就是ZD前進(jìn)角，而液滴上方三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動之前對應(yīng)的接觸角就是最小后退角。當(dāng)液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時(shí)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(diǎn)是不僅能測量到前進(jìn)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(shí)驗(yàn)是將一個(gè)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(shí)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(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，液滴開始發(fā)生整體滑動，此時(shí)液滴外側(cè)三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動之前對應(yīng)的接觸角就是ZD前進(jìn)角，而液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動前對應(yīng)的接觸角就是最小后退角。根據(jù)轉(zhuǎn)速和半徑計(jì)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(diǎn)是不僅能測量到前進(jìn)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(gè)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(shí)驗(yàn)是將一個(gè)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(shí)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(diǎn)發(fā)生移動時(shí)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(diǎn)發(fā)生移動時(shí)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(diǎn)運(yùn)動處于一個(gè)亞平衡狀態(tài)，此時(shí)得到的接觸角分別為ZD前進(jìn)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(diǎn)是能測量到前進(jìn)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(diǎn)是液滴形狀會受到注射針的影響而導(dǎo)致接觸角計(jì)算的誤差。  

當(dāng)液滴和環(huán)境氣體都相同時(shí)，人們希望接觸角的數(shù)值可以反映固體的固有屬性，但要想得到可重復(fù)的準(zhǔn)確接觸角數(shù)值， 我們必須要了解測量接觸角的影響因素：

a. 測量用液體的純度。在前面已經(jīng)提及，接觸角的值應(yīng)該由 ?液體/固體表面/氣相“ 所決定，我們希望在液體和氣相相同的情況下，通過測量得到的接觸角值來表征固體表面的屬性，而這一前提是液體相維持恒定。如果由于某種原因（污染/純度變化/變質(zhì)等），測量用的液體相發(fā)生變化，這勢必也將影響得到的接觸角值。而與接觸角值關(guān)系最緊密的液體屬性是它的表面張力值，后者很容易由于受到污染或由于純度發(fā)生變化而變化。所以非常有必要不時(shí)地通過對測量用液體的表面張力值的測量，來控制/確保采用的液體的質(zhì)量。而準(zhǔn)確測量液體表面張力值很容易通過儀器提供的光學(xué)懸滴法來完成（甚至可以在接觸角測量前的前一瞬間同時(shí)完成）。

b. 樣品表面受到污染。接觸角值對表面非常敏感，它的敏感性甚至高于任何其它的表面表征手段（如XPS），因?yàn)樗慌c表面最外層的約1 nm的厚度屬性有關(guān)系，而其它的表面表征手段感知的更 ?深入“些（比如XPS能夠感知到約10nm的深度）。也就是說，能夠影響接觸角值的只有表面最外層的一個(gè)約1 nm厚度的薄層，在這一薄層以下的表面結(jié)構(gòu)和屬性將不再對決定接觸角值作出什么貢獻(xiàn)。所以樣品表面上任何微小的污染，雖然它的量從樣品總量來說是如此地微不足道，也可能對接觸角的值產(chǎn)生明顯地影響，而這些影響將不可能被樣品的其它未受污染部分所稀釋（所平均）。

c. ZH需要提及的還有樣品表面的微結(jié)構(gòu)。除了樣品表面的化學(xué)/物理屬性外，表面的微結(jié)構(gòu)（包括粗糙度）將對接觸角的值以及其滯后性生產(chǎn)顯著影響。這也是通過接觸角測量來表征這些微觀結(jié)構(gòu)的原理。

       當(dāng)液滴和環(huán)境氣體都相同時(shí)，人們希望接觸角的數(shù)值可以反映固體的固有屬性，但要想得到可重復(fù)的準(zhǔn)確接觸角數(shù)值， 我們必須要了解測量接觸角的影響因素：

       a. 測量用液體的純度。在前面已經(jīng)提及，接觸角的值應(yīng)該由 ?液體/固體表面/氣相“ 所決定，我們希望在液體和氣相相同的情況下，通過測量得到的接觸角值來表征固體表面的屬性，而這一前提是液體相維持恒定。如果由于某種原因（污染/純度變化/變質(zhì)等），測量用的液體相發(fā)生變化，這勢必也將影響得到的接觸角值。而與接觸角值關(guān)系最緊密的液體屬性是它的表面張力值，后者很容易由于受到污染或由于純度發(fā)生變化而變化。所以非常有必要不時(shí)地通過對測量用液體的表面張力值的測量，來控制/確保采用的液體的質(zhì)量。而準(zhǔn)確測量液體表面張力值很容易通過儀器提供的光學(xué)懸滴法來完成（甚至可以在接觸角測量前的前一瞬間同時(shí)完成）。 

        b. 樣品表面受到污染。接觸角值對表面非常敏感，它的敏感性甚至高于任何其它的表面表征手段（如XPS），因?yàn)樗慌c表面最外層的約1 nm的厚度屬性有關(guān)系，而其它的表面表征手段感知的更 ?深入“些（比如XPS能夠感知到約10nm的深度）。也就是說，能夠影響接觸角值的只有表面最外層的一個(gè)約1 nm厚度的薄層，在這一薄層以下的表面結(jié)構(gòu)和屬性將不再對決定接觸角值作出什么貢獻(xiàn)。所以樣品表面上任何微小的污染，雖然它的量從樣品總量來說是如此地微不足道，也可能對接觸角的值產(chǎn)生明顯地影響，而這些影響將不可能被樣品的其它未受污染部分所稀釋（所平均）。

        ZH需要提及的還有樣品表面的微結(jié)構(gòu)。除了樣品表面的化學(xué)/物理屬性外，表面的微結(jié)構(gòu)（包括粗糙度）將對接觸角的值以及其滯后性生產(chǎn)顯著影響。這也是通過接觸角測量來表征這些微觀結(jié)構(gòu)的原理。

       接觸角分為靜態(tài)接觸角和動態(tài)接觸角。其中靜態(tài)接觸角是液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)對應(yīng)的接觸角，靜態(tài)接觸角的測量方法主要為座滴法。要進(jìn)行座滴法接觸角測量，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的液滴，并選擇測量方法“Sessile Drop”。若要使用俘虜氣泡測量，則選擇“Captive Bubble”。其次調(diào)節(jié)形成液滴的注射針管的位置，使其處于合適的位置，同時(shí)把樣品放置于樣品臺上，并調(diào)節(jié)樣品臺到適合的高度。

       緩慢加液在針管的端口形成指定體積的液滴，接著把針管端口的液滴轉(zhuǎn)移到待測樣品表面，完成液滴轉(zhuǎn)移后，就可以進(jìn)行接觸角的測量了。

       接觸角的測量可以細(xì)分為三個(gè)步驟：

       一、基線的確定：這一步可以通過手動調(diào)節(jié)，或者由軟件自動確定。在一般情況下，軟件能非常可靠地自動檢測液滴的基線，所以一般情況下，可以采用軟件的自動基線檢測功能，且軟件自動確定的基線位置往往比手動調(diào)節(jié)來得準(zhǔn)確，這一點(diǎn)對大接觸角的測量尤其重要。只有當(dāng)軟件無法完成這一任務(wù)時(shí)，才有必要采用手動調(diào)節(jié)的方法。

       二、液滴輪廓坐標(biāo)點(diǎn)的確定：在完成了基線位置的確定后，點(diǎn)擊工具欄中的液滴輪廓檢測圖標(biāo)，以自動檢測液滴的輪廓坐標(biāo)點(diǎn)。

       三、接觸角值的計(jì)算：當(dāng)液滴的基線確定、液滴的輪廓坐標(biāo)檢測到后，軟件就可以自動計(jì)算接觸角值了。

       以上三步也可以合成一步，基線的檢測選為自動檢測“Auto Baseline”，那么只要點(diǎn)擊計(jì)算圖標(biāo)，軟件就會依次自動檢測基線、自動檢測液滴輪廓坐標(biāo)、完成接觸角值的計(jì)算。

接觸角測量的功能！

1. 液體在固體表面的鋪展、滲透、吸收等潤濕行為，座滴法測量靜態(tài)接觸角；

2. 材料在固體表面的前進(jìn)角、后退角、接觸角滯后、滾動角、動態(tài)接觸角測量；

3. 吸收材料的連續(xù)實(shí)時(shí)研究及過程記錄，接觸角隨時(shí)間變化曲線分析；

4. 各種特殊材料的接觸角測量，如粉末、彎曲曲面、超疏水/超親水樣品；

5. 附著滴法測試材料浸沒在液體中的接觸角測試；

6. 懸滴法測量各種液體表界面張力及其極性、色散分量；

7. 計(jì)算固體表面自由能（Surface free energy），及其極性色散分量分析；

8. 分析液體在固體表面的粘附功（Adhersion），評估固體表面均勻性、清潔度等。

分析軟件的功能方法！

1、接觸角測量分析軟件自動擬合法（一鍵自動擬合，

）包括：圓法擬合（Circle method）、橢圓/斜

橢圓擬合法（Ellipse/Oblique ellipse）、LY、微分橢圓法/微

分圓法（Differential circle / Differential ellipse）；

2、動態(tài)接觸角擬合（批量擬合多張圖像）包括：潤濕性能測試

（Wettability）、視頻連續(xù)擬合計(jì)算（Video analysis）；

3、 表面能量計(jì)算（Surface energy）；

4、 表界面張力測量（Surface tension）；

5、 前進(jìn)后退角測量（Forward and backward angle）；

6、 粘附功（Adhesion work）；