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俯視法接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定接觸角的方法有哪些?

更新日期:2020-06-01      瀏覽次數(shù):2702

通過(guò)俯視法從上方拍攝液滴來(lái)測(cè)定接觸角的方法主要有三種:a)通過(guò)測(cè)量CD基于球面模型的俯視法; b)基于對(duì)液滴頂點(diǎn)周圍液滴曲率的測(cè)量的俯視法; c)基于Laplace-Young模型的俯視法。這三種方法都有一個(gè)共同點(diǎn),那就是必須知道液滴的體積。

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       方法a)和b)都基于球體模型,這意味著假設(shè)液滴只是球體的一部分,并且其曲率半徑是恒定的,而與液滴輪廓的位置無(wú)關(guān)。 這是一個(gè)非常粗略的近似值,類似于在側(cè)視法測(cè)量中使用的所有基于球形模型的計(jì)算方法。 這些方法僅對(duì)于具有低接觸角的小液滴提供了合理的結(jié)果,并且在大多數(shù)情況下,僅適用于水作為測(cè)試液體。 方法誤差隨著液滴體積和接觸角值的增加以及所用測(cè)試液體的毛細(xì)管常數(shù)α的減小而增加。 在所有常見(jiàn)的測(cè)試液體中,水的α值大,因此接近球形模型假設(shè)。這兩種方法不能用于大于90度的接觸角,因?yàn)檎`差會(huì)太大。 此外,方法b) 給出的方法被限制在90度以下接觸角的非常窄的范圍內(nèi),并且在操作上非常麻煩。

 

       方法c)是基于Laplace-Young 方程,該方程描述了座滴靜態(tài)平衡時(shí)的表面/界面邊界(請(qǐng)參見(jiàn)下側(cè)的方程和圖片)。液滴的外形由參數(shù)α和 b決定,其中α是系統(tǒng)的毛細(xì)管常數(shù),b是液滴頂點(diǎn)O處的曲率半徑。

       對(duì)于給定的液體,例如水,已知α,因此液滴的體積V是b及其高度H的函數(shù)。每對(duì)(bH)對(duì)應(yīng)CD和MD的特定值,CD和MD分別是液滴的接觸直徑和大直徑。對(duì)于接觸角在90度以下的液滴,可以從上方看到并測(cè)定CD,而對(duì)于接觸角在90度以上的液滴,可以看到并測(cè)定MD。有了通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的CD或MD數(shù)值,就可以計(jì)算出它們對(duì)應(yīng)的(bH)對(duì)。隨后,利用bH 和 α的值,可以明確地計(jì)算出三相接觸線(基線)處的接觸角。對(duì)于給定的α和V,在數(shù)學(xué)上不可能同時(shí)對(duì)應(yīng)(b, CD)對(duì)和(b, MD)對(duì),因?yàn)橹荒軐?duì)應(yīng)它們中的一個(gè)。因此,軟件可以自動(dòng)識(shí)別通過(guò)從上方成像而確定的液滴直徑是CD還是MD。

 

       由此,通過(guò)液滴的體積及其毛細(xì)常數(shù)α,可以借助于圖像分析從上方測(cè)量液滴直徑來(lái)確定接觸角。該方法既適用于小于90度,也適用于大于90度的接觸角。

 

       如上所述,MOB是基于Laplace-Young模型的,它精確地考慮了引力效應(yīng)和界面張力。 因此, MOB方法在測(cè)試液體的種類、液滴體積和接觸角數(shù)值等方面沒(méi)有局限性。

 

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