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(dāng)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(yīng)的接觸角就是ZD前進(jìn)角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之前對應(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(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(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)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(yīng)的接觸角就是ZD前進(jìn)角，而液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應(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(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(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。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導(dǎo)致接觸角計算的誤差。  

       在接觸角測量的專業(yè)領(lǐng)域，大家普遍認(rèn)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(jìn)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(xué)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(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。

       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(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(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，缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導(dǎo)致接觸角計算的誤差。

      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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)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(dāng)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(zhǔn)確性和可靠性下降；當(dāng)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(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)視成像的方法很難再獲得準(zhǔn)確的液滴邊緣輪廓，這會直接影響接觸角的擬合計算。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(zhǔn)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(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)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。

使用接觸角測量儀，對于一個樣品的接觸角測量，可以實現(xiàn)如下的自動控制：

a. 加液的自動控制：加液速度/體積/體積范圍/到達(dá)各個體積點后的延遲時間控制等；

b. 液滴轉(zhuǎn)移：指定體積的液體或形成的指定體積的液滴必須自動地轉(zhuǎn)移到樣品表面；

c. 液滴出現(xiàn)/形成在固體表面的自動檢測：這樣可以自動地將液滴壽命歸零，這對動態(tài)測量非常重要；

d. 自動確定液滴在固體表面的基線（baseline）位置：這是影響隨后的接觸角測量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵步驟；

e. 在指定的時間點自動地啟動測量：包括液滴輪廓的自動檢測，對輪廓的自動分析和計算；

f. 自動結(jié)束測量：當(dāng)對當(dāng)前液滴的測量完成后，自動終止測量，為下一個測量作好準(zhǔn)備；

g. 必要時，自動移動到下一個樣品位置：這可以通過移動樣品，或者通過移動儀器的測量裝置部分（measuring head），來實現(xiàn)；

h. 其中還可能包括對測量所需要的其它硬件組件的自動控制，如自動控制傾斜臺、樣品升降臺、樣品或量裝置位移軸等。

        纖維在液體基質(zhì)中的潤濕行為在紡織工業(yè)和高級纖維增強復(fù)合材料的制造中起著重要作用。纖維樣品的尺寸可能介于外徑5μm（如超細(xì)纖維）至數(shù)毫米（如金屬絲等）之間，由于纖維樣品的圓柱形狀和微小直徑，液滴表面在接近三相接觸點時會急劇變化，甚至出現(xiàn)拐點（座滴的輪廓在平面樣品上永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)拐點），導(dǎo)致直接在纖維樣品上測量接觸角通常比在平面上要困難得多。

        單一纖維的接觸角，是基于對單絲上單個液滴的直接微觀觀測，通過液滴的輪廓采用完全不同的計算算法來確定接觸角。

        用于描述和計算液滴在單絲（DoF）體系接觸角的數(shù)學(xué)模型，是基于與測量常規(guī)座滴接觸角相同的Laplace-Young方程（參見下圖的公式）。然而，邊界條件的選取有很大差別，這導(dǎo)致液滴的輪廓完全不同。如果可以精確測量液滴的長度l 和高度 h，則可以根據(jù)系統(tǒng)方程計算接觸角，該方程稱為ZD液滴長-高法（MLH）。然而，在實際應(yīng)用中，很難精確測量液滴ZD長度l，特別是對于直徑小于15μm的超細(xì)纖維，因為很難從視覺上或數(shù)學(xué)上明確的識別纖維表面的三相接觸點。然而，接觸角的數(shù)值即使對液滴長度l值中的微小誤差也相當(dāng)敏感。

        為了克服這一困難，LAUDA Scientific光學(xué)接觸角測量儀的SurfaceMeter軟件采用了多種計算方法，通過DoF體系的液滴外形來計算接觸角。除了ZD液滴長-高法之外，它還提供了廣義液滴長-高法（GLH）。GLH法不僅通過(l, h)數(shù)值對確定接觸角的值，而且還根據(jù)許多其它輪廓坐標(biāo)對確定接觸角的值。因此，采用整個液滴輪廓進(jìn)行計算，而不僅僅是MLH法那樣只使用兩個，這使得該方法更加可靠和精確。

        直徑小于15μm的微纖維上的液滴體積通常小于100pl（皮升），因此，這類測量需要使用特殊的皮升注射單元。此外，還需要適用于微纖維的高倍光學(xué)系統(tǒng)和特殊樣品臺。

        除DoF法外，LAUDA Scientific光學(xué)接觸角測量儀還提供了另一種光學(xué)方法，用于研究直徑范圍從幾微米到幾毫米的單絲的潤濕行為，這就是所謂的Liquid-Bridge Meniscus (LBM)液橋法。

與DoF法相比，LBM法可以測量大于90度的接觸角。LBM法也考慮了重力因素，因此這種方法可用于測量任意尺寸的單絲。此外，由于有足夠多的液相，因此液體的蒸發(fā)對于LBM法來說根本不是問題，而對于DoF來說則是一個嚴(yán)重的問題。

        借助DoF法和LBM法，LAUDA Scientific為客戶提供了目前市場上ZJ的單一纖維測量方法，用于研究從微米級的超細(xì)纖維到毫米級的圓棒的潤濕性。借助于粉末和多孔樣品模塊（POM），超細(xì)纖維也可以作為纖維束進(jìn)行研究。

( 本文內(nèi)容得到授權(quán)所有者的授權(quán)許可)。 

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：

1. 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°。

2. 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)。

如果樣品表面本身不符合表面屬性基本均勻這一前提，那么測量得到的數(shù)值的波動幅度不但受到測量過程中許多細(xì)節(jié)的影響，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，可以作為樣品表面均一性或不均一性進(jìn)行表征的基礎(chǔ)。

( 本文內(nèi)容得到授權(quán)所有者的授權(quán)許可)。

       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?xí)笥?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(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(zhǔn)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(zhǔn)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(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(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。

       Z后在進(jìn)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(zhǔn)確的描述前進(jìn)角和后退角的形成及變化過程。

       使用接觸角測量儀測量涂料、油墨、墨水以及其它難清洗或需要經(jīng)常更換的液體時，常規(guī)的辦法是采用一次性注射器，測量完成后直接丟棄。而LAUDA Scientific接觸角測量儀引入了由高精度自動加液單元驅(qū)動的、采用一次性錐形管的加液方式，為進(jìn)行難清洗或需要經(jīng)常更換的液體的接觸角和表面張力測量，提供了方便，大大簡化和加快了實際測量過程。

與一次性注射器相比，一次性錐形管具有如下特點：

|| 加液更準(zhǔn)確：采用一次性錐形管時，加液由與其連接的高精度、精密玻璃注射器驅(qū)動，使得液體的流速和體積可以得到更準(zhǔn)確的控制。

|| 更換液體更方便：使用一次性注射器更換液體時，需要拆下當(dāng)前的注射器，然后再安裝上裝有新液體的注射器，這一過程顯得比較費時、麻煩。而使用一次性錐形管更換液體，只需要更換連接在注射器下面的錐形管，在幾秒鐘內(nèi)就可以完成，而且也更為經(jīng)濟和友好。 

|| 裝液體更方便：采用一次性注射器裝液體，一般需要手動來完成。而采用一次性錐形管裝液體是在軟件控制下由馬達(dá)驅(qū)動來完成的，而更為重要的是，采用一次性錐形管裝液體時，可以避免測試液體中存有氣泡，因為在測試液體的上方始終存在空氣緩沖區(qū)域，它既可阻止氣泡存在/滯留于測試液體相中，又可以避免整個加液單元的其余部分與測試液體發(fā)生接觸而受到污染。在整個測量過程中，測試液體被限制在一次性錐形管內(nèi)，不與任何其它部件發(fā)生接觸。 

LAUDA Scientific接觸角測量儀采用的一次性錐形管測量把繁瑣的具體操作細(xì)節(jié)包含在軟件中，使得整個操作過程簡單明了，讓用戶可以專心于具體的測量任務(wù)。

       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(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。這是因為當(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Z佳選擇。

       受益于二十世紀(jì)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(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，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。

       Captive Bubble method是指把樣品浸泡于待測液體相內(nèi)，通過在液體相中產(chǎn)生氣泡并把氣泡俘獲或捕捉住在樣品（朝下的）表面來進(jìn)行接觸角或表面潤濕性的測量和表征，所以被稱為俘泡法或捕泡法。與通常的接觸角測量法（在空氣相中）相比，二者的差異在于（參見圖-1）：

       ? 普通接觸角測量法：樣品表面和測試液體在相互接觸前都處于大氣相中，二者之間通過空氣相分離；當(dāng)液滴轉(zhuǎn)移到樣品表面時，液滴相通過往外排擠原先與樣品表面相接觸的空氣相而實現(xiàn)在樣品表面的鋪展，所以測量得到的接觸角值比較接近前進(jìn)接觸角值 。

       ? Captive Bubble測量法：樣品表面和測試氣體（如采用空氣）在相互接觸前都處于測試液體相中，二者之間通過液體相分離；當(dāng)氣泡轉(zhuǎn)移到樣品表面時，氣體相通過往外排擠原先潤濕樣品表面的液體相而實現(xiàn)其在樣品表面的鋪展，所以測量得到的接觸角值比較接近（液體的）后退接觸角值。

       ? 采用Captive Bubble法測量時，由于樣品表面浸泡在測試液體中，而且時間往往比較長，使得液體有足夠的時間去滲入樣品表面，并與樣品表面發(fā)生（物理、甚至化學(xué)性質(zhì)的）相互作用，從而影響或改變樣品表面的屬性（包括表面形態(tài)）。這與采用普通接觸角測量法時，液體只有有限的時間（從液滴接觸樣品表面起到測量結(jié)束）與表面發(fā)生接觸和相互作用，是有較大區(qū)別的：滲入到樣品表面的液體層將不太可能再被后來的氣體相所排擠走。

       所以只有對于一些非常完 美的樣品表面（此時接觸角的滯后效應(yīng)，contact angle hysteresis，幾乎不存在），而且采用的液體又不會與表面發(fā)生任何相互作用時，才可能出現(xiàn)采用二個不同的測量方法獲得基本一致的接觸角測量值的情況。所以實際中的多數(shù)樣品，采用普通接觸角測量法和俘泡法獲得的某一液體在固體表面的接觸角值一般是有區(qū)別的，但存在（正比的）關(guān)聯(lián)性。所以具體選擇采用哪一種方法來考察樣品表面的接觸角值或潤濕性，應(yīng)更多地從樣品的本質(zhì)和具體應(yīng)用環(huán)境出發(fā)來考慮；在不少情況下，二個不同的測量方法能夠很好相互互補，使得同時運用二種方法能夠?qū)λ疾斓捏w系作出更全面的評價。

       比起通常的接觸角測量方法，俘泡法在實際中使用的頻率低得多，其中的很大一部分原因是由于操作比較麻煩。但對于一些具體的應(yīng)用環(huán)境或樣品，俘泡法擁有通常的測量法無法提供的特點和優(yōu)勢。這些應(yīng)用環(huán)境和樣品首數(shù)多數(shù)的生物醫(yī)用材料（bio-/biomedical-materials），包括接觸鏡片（contact lenses），醫(yī)用植入材料（medical implant materials）和生物醫(yī)學(xué)用水凝膠（biomedical hydrogels）等。出于生物相容性的目的，這些材料的表面基本上是親水的，而它們的應(yīng)用環(huán)境是人體或生物體，長時間地 “浸泡” 在生理液中，表面處于水合狀態(tài)（hydrated surface）。對于處于這樣應(yīng)用環(huán)境下的材料表面的潤濕性表征方法采用俘泡法顯然要比通常的接觸角測量方法適合得多：讓待考察的材料浸泡于接近生理液屬性的液體相中來模擬其在真實的應(yīng)用環(huán)境（包括合適溫度的控制）下的（水合）狀態(tài)，通過俘泡法來測量處于模擬環(huán)境下的該材料表面的接觸角（包括動態(tài)接觸角）和潤濕性，這樣可以很好地通過生物體外（in vitro）的測量來考察材料在生理環(huán)境中（in vivo）的性能和表現(xiàn)。對于這樣的應(yīng)用材料和環(huán)境，如果我們采用通常的接觸角測量法，即使在測量前先讓樣品在待測液體相浸泡而讓其 “飽和”，顯然也無法反映其在實際使用環(huán)境中的表面潤濕性行為，因為在測量過程中樣品表面由于暴露在空氣中，會因為不斷 “失水”（dehydration）而改變其狀態(tài)；也很難控制這一 “失水” 的程度來進(jìn)行各個樣品之間、在同一（水合）狀態(tài)下的潤濕行為的相互比較。

       俘泡法的一個應(yīng)用實例是用于表征接觸鏡片的潤濕性，它被ISO標(biāo)準(zhǔn)采納為檢測硬性透氧接觸鏡片（rigid gas-permeable contact lenses）潤濕性的指定方法。接觸鏡片處于眼淚相中，后者在其表面形成一薄膜/層。眼淚相在鏡片表面的接觸角越小，它的鋪展程度就越大，形成的眼淚薄膜也越穩(wěn)定：當(dāng)眼睛睜開時，眼淚薄膜在鏡片表面收縮，對應(yīng)的接觸角為后退接觸角；當(dāng)眼睛閉上時，眼淚薄膜在鏡片表面擴展，對應(yīng)的接觸角為前進(jìn)接觸角。對于軟性接觸鏡片（soft contact lenses），雖然目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)指定具體的潤濕性檢測方法，但基于其水凝膠的水合特性，俘泡法事實上也被廣泛地作為 “標(biāo)準(zhǔn)” 方法用于這類鏡片的潤濕性表征。采用與人的眼淚屬性盡量接近的液體相，包括各種組分、所含的表面活性成分、pH值以及控制合適的溫度，通過俘泡法可以最充分地模擬接觸鏡片在人體的真實使用環(huán)境（in vivo），以考察在這種環(huán)境下鏡片的各種性能和潤濕性。

       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-氣體界面之間的張力平衡。1805年Young首先提出了一個方程描述這個平衡態(tài)，從此接觸角測量就成為評價液體對固體表面潤濕的經(jīng)典方法。

       20世界末期隨著電腦計算速度和高分辨率相機性能的不斷提高，光學(xué)接觸角測量儀器完成了自動化和商品化。從此測量接觸角成為操作方便結(jié)果可靠的實驗手段。但是有不少用戶對于接觸角測量的方法仍存在誤解，認(rèn)為接觸角測量儀不過是自動化的數(shù)碼量角器而已。

實際上接觸角值是通過測量液滴輪廓在三相接觸點處的一階導(dǎo)數(shù)即切線的斜率而得到的，而三相接觸點附近的液滴輪廓會受到各種光線的干擾，或者由于材料不夠平整遮掩住三相接觸點附近的輪廓。所以光學(xué)法接觸角測量并不是對數(shù)碼照片上的某個夾角直接測量而得到的，而是使用不同的數(shù)學(xué)模型擬合液滴輪廓，再通過計算得到的。 

       最簡單的模型就是球模型。球模型是把液滴的形狀假定為球體的一部分，那么其截面形狀就是圓形的一部分。在此圓形的三相接觸點處求解一階導(dǎo)數(shù)即可計算出接觸角數(shù)值。球模型的缺陷在于沒有考慮重力對液滴形狀的影響。嚴(yán)格來講在固體表面上任何液滴在重力作用下形狀都會偏離球形，體積越大偏離越多，密度越大偏離越多，接觸角數(shù)值越大偏離越多。通常情況下如果液滴體積小于3微升，接觸角值小于30°，才可以考慮使用球模型計算。目前常見的Circle法，Width/Height法，θ/2法都是基于球模型的計算方法。

       二次曲線模型是考慮到在重力作用下液滴會被壓扁，所以采用了包括圓方程、橢圓方程在內(nèi)的廣義的二次曲線模型來擬合液滴ZX截面的輪廓。此方法通用性較廣，測量的理想范圍從10°左右到130°左右，測量精度較高。

       Laplace-Young模型是把重力和密度對液滴形狀的影響定量計算在內(nèi)的精確算法。為了求解此方程需要引入ZX軸對稱的假設(shè)。如果液滴是ZX軸對稱的，Laplace-Young模型是此時的最準(zhǔn)確算法。如果液滴的接觸角在100°以上，那么它會比較符合軸對稱的前提。接觸角越大則軸對稱性越好，計算得到的接觸角數(shù)值越準(zhǔn)確。當(dāng)接觸角大于150°時，Laplace-Young模型甚至是WY正確的算法。通常接觸角大于60°時就可以考慮選擇此算法，接觸角值大于120°時，測量的準(zhǔn)確性會相當(dāng)理想。

       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，首先需要創(chuàng)建一個新的液滴，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?？煽康刈詣訖z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，才有必要采用手動調(diào)節(jié)的方法。

       二、液滴輪廓坐標(biāo)點的確定：在完成了基線位置的確定后，點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。

       三、接觸角值的計算：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”，那么只要點擊計算圖標(biāo)，軟件就會依次自動檢測基線、自動檢測液滴輪廓坐標(biāo)、完成接觸角值的計算。