接觸角測量儀是用于測試分析并表征固體材料表面的物理化學性質的基礎儀器,水滴角測量儀是指應用蒸餾水作為探針液體測試固體材料物理化學性質的一種測試接觸角的儀器,因而,也可稱為水接觸角值。
接觸角測量儀自1946年Zisman發明了contact angle goniometer以來一直到1983年,接觸角測量儀均停留在數碼量角器階段。這個階段的特征為測試算法為WH法(θ/2法)、圓擬合法、橢圓擬合法和切線法的階段。雖然由于電腦的出現,實現了將圖片捕捉到計算后,要用圖像測量軟件并用圓擬合或橢圓擬合、切線等測量角度。這沒有改變其量角器的本質。而Zisman教授的goniometer就的解釋了量角器是接觸角測量的簡單的工具。
現代真正意義上的接觸角測量儀是基于A.W.Neumann教授的ADSA-P算法的提出。該算法為界面化學分析測量接觸角、表面張力和界面張力的基本方法。而如Spinger、Hansen教授等團隊的的算法基于Select Plane算法的Young-Laplace方程是簡單的ADSA-P算法的變體,提出時間均晚于A.W.Neumann教授。Young-Laplace方程算法的缺陷在于只能計算分析軸對稱的液滴的接觸角值或表面張力值,對于非軸對稱(左、右不對稱)的接觸角值測量會失去其基本的精度。因而,以來,商業化的接觸角測量儀或水滴角測量儀廠家均采用圓或橢圓法作為主要測試接觸角的方法。但他們同樣忽略了這兩個算法同樣有軸對稱的要求。因而,在沒有非軸對稱液滴輪廓分析的接觸角測量算法提出之前,接觸角測量儀或水滴角測量儀本身的發展是有缺陷的。目前國外的接觸角測量儀廠家同樣處于數碼量角器向接觸角測量儀的過渡發展期。
美國科諾創造性的提出了整體輪廓Young-Laplace方程擬合的優化算法阿莎(ADSA-RealDrop),真正實現了接觸角測量義從數碼量角器向真正接觸角測量儀的轉變,這是具有里程碑意義的革新,對于界面化學的測量具有的發展作用。對于絕大多數材料存在的由于表面粗糙度、化學多樣性、異構性而導致的接觸角滯后,其幾乎不可能出現左、右或3D條件下的接觸角的對稱,因而,3D接觸角或本征接觸角接觸角測量而言,阿莎算法的作用是無法被忽視的。
由于中國產接觸角測量儀或水滴角測量儀廠商層出不窮,在描述技術指標或進行相關描述時通常采用與進口儀器廠商差不多的描述,甚至有些廠商都直接宣稱是品牌的水滴角測量儀這樣的宣傳;加上進口接觸角測量儀廠商本身的技術發展所限,導致接觸角測量儀行業近兩年來出現了較混亂的發展,用戶看看指標項時就算一大堆技術指標,搞得頭昏腦脹,無法理性分辨出哪個接觸角測量儀或水滴角測量儀的好壞?
因而,我們有必要對采購以及驗收接觸角測量儀進行一次重新評估。基于阿莎算法側視條件下時測試接觸角或水滴接觸角的接觸角測試條件而言,接觸角測量儀或水滴角測量儀的選購與驗收應包括如下4個點:
(1)測試算法應堅持阿莎算法。只有阿莎算法才可視為真正意義的接觸角測量儀。(2)側視條件下的鏡頭和樣品上表面的水平如何保持。(3)如何確保有3D狀態下檢定并校準接觸角測量儀或水滴角測量儀。(4)如何確保接觸角測量儀或水滴角測量儀的精度。
只要抓住如上四個點作為采購或驗收的考核關鍵點,就能夠起到去偽存真、撥亂反正的目的。
確認項目 |
技術指標及要求的要點 |
說明 |
測試算法 |
1、阿莎算法(ADSA-RealDrop) |
否則,如果是圓擬合或橢圓擬合時,那么,需要額外對于接觸角進液精度要求應低于0.01uL的要求。 |
2、本征接觸角測量 |
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3、3D接觸角測量 |
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水平度如何調整 |
1、樣品臺微分頭控制二維水平調整臺 |
不是整機四個腳的水平調整 |
2、鏡頭微分頭控制水平調整 |
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3、樣品臺及鏡頭整體垂直旋轉 |
滾動角、前進后退角、本征接觸角測量 |
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4、樣品臺水平360度旋轉 |
3D接觸角 |
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5、3D接觸角鏡頭 |
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檢定工具 |
1、紅寶石球3D檢定和調校工具 |
必須要求配置
堅決不能要玻璃標定板,玻璃標定法無法檢測出儀器的度 |
精度確保的方法 |
1、阿莎算法 |
檢測探針液體的清潔度,穩定性 |
2、彩色攝像機 |
提升測試精度,因為彩色條件下,圖像邊緣為藍向灰的過渡亞像素級 |
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3、平行光源、石英玻璃柔光板、遮光板 |
提升小角度測試時的邊緣清晰度 |
其他的如樣品臺移動范圍等指標是通常項指標,只能用于不同位置點的測量,屬于非核心指標項。進液精度以及是否全自動進液,在阿莎算法時根本不重要,阿莎算法自動修正重力影響并將表面張力、界面張力綜合參與分析測試接觸角值。