技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES*,納米材料科學(xué)與工程已經(jīng)成為研究熱點,在研究納米材料的表面改性時,往往要涉及潤濕接觸角這個概念。所謂接觸角是指在一固體水平平面上滴一液滴,固體表面上的固-液-氣三相交界點處,其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時所成的角。
儀器介紹
本公司儀器采用工藝制造,儀器采用CMOS數(shù)字攝像機,配倍高分辨率變焦式顯微鏡和高亮度LED背景光源系統(tǒng),搭配三維樣品臺,可進行工作臺上下、左右、前后等方向移動。實現(xiàn)微量進樣及上下、左右精密移動。同時還設(shè)計了伸縮桿結(jié)構(gòu)工作臺,能適應(yīng)在不同用戶材料厚度加大的場合。儀器框架可以根據(jù)式樣的大小適量調(diào)節(jié),擴大了儀器的使用范圍。軟件搭配修正功能,測量多次后的結(jié)果可以同時保存在同一報告下,能讓用戶對材料數(shù)據(jù)進行管控。該儀器設(shè)計美觀大方、操作簡單、符合用戶所需。適用于各種行業(yè)測定接觸角的用戶。
當將一滴水滴到固面上時,液體與固體接觸過程中,固—液界面逐漸取代液—氣界面和氣固界面(圖6—1),這一過程稱為沾濕。在恒溫恒壓條件下沾濕過程中的自由能變化:
式中γ為界面張力;—W a為黏附功,其值相當于把單位面積的液—固界面分開成為氣—液和氣—固液面的大功(圖6—2)。顯然只有當Wa>0時,即ΔGT.p<0時,沾濕過程才是自發(fā)的
界面接觸角測試儀
1)當θ=0,*潤濕;
2)當θ﹤90°,部分潤濕或潤濕;
3)當θ=90°,是潤濕與否的分界線;
4)當θ﹥90°,不潤濕;
5)當θ=180°,*不潤濕。
潤濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。
測試方法
接觸角現(xiàn)有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用泛,測值直接與準確的還是外形圖像分析方法.外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過顯微鏡頭與相機獲得液滴的外形圖像, 再運用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來.計算接觸角的方法通?;谝惶囟ǖ臄?shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系,可用來準確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓,從而計算出其接觸角。
通俗概括
接觸角并不復(fù)雜,就是液滴在固體表面自然形成的半圓形態(tài)相對于固體平面的外切線。接觸角的應(yīng)用廣泛,甚至可以說涉及到身邊的每個細節(jié),比如我們希望汽車玻璃上不沾雨水、但反之我們希望汽車鋼板上的油漆脫落。其他比如農(nóng)藥和蔬菜葉面、涂料和內(nèi)外墻面、絕緣油和絕緣材料、納米材料表面改性等等,從教學(xué)科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到日常生活,舉不勝舉。
應(yīng)用領(lǐng)域
廣泛運用 教育科研 化妝品、選礦、造紙、建筑材料、環(huán)境保護、海洋、化工、石油、噴涂、油漆油墨、印染、紡織、光學(xué)、液晶顯示器 生物制藥 太陽能等行業(yè)
1. 接觸角測量范圍:0~180°
2. 滾動角測量范圍:0~360°(選配,如需要可以選擇SCI3000F型)
3. 接觸角分辨率:0.01°
4. 接觸角測值精度:±0.1°(θ/2 法)
5. 表面張力測試方法:懸滴法
6. 表面張力測試范圍:0~1000mN/m
7. 表面張力測試分辨率:0.01mN/m
8. 儀器尺寸及重量:245Wx530Dx450H mm 12 kg
9. 電源:AC220—240V 50HZ
成像系統(tǒng)
1、鏡頭控制:一維俯仰控制
2、鏡頭:高性能工業(yè)連續(xù)放大鏡頭,0.7-5X光學(xué)放大,有效像素55 -320 pixel/mm
3、相機系統(tǒng):工業(yè)級超低照度CCD系統(tǒng)(專業(yè)),放大倍數(shù)可達 60 倍
4、水平解析度:750線,0.0005Lux照度
5、相機通訊:芯片系列CCD,25幀/秒(60幀/秒)的速度,或更高幀率
6、分辨率(低):1280*1024
7、背景光:連續(xù)可調(diào)亮度LED冷光源 ,50個左右高亮度LED燈,亞克力遮光片技術(shù),發(fā)光均勻。
8、七維調(diào)整平臺
測量儀軟件
1、接觸角分析方法:
6種: 量高法、五點擬合法、量角法、插板計算法、懸滴擬合法、自動影像分析法等
2、可測靜態(tài)接觸角、動態(tài)接觸角(滾動角)、前進接觸角、后退接觸角、液滴表面張力、表面自由能和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
3、接觸角數(shù)據(jù)取得方式:全自動測值和人工修整相結(jié)合。按測試,軟件自動拍照-查找敏感點-計算接觸角值-顯示計算結(jié)果,整個過程無須人工干預(yù),以降低人為因素影響
4、接觸角量測技術(shù):數(shù)學(xué)模型擬合與真實液滴外廓實際量測相結(jié)合,解決非對稱圖像測值問題
5、測試液滴狀態(tài),共4種:懸滴法/測表面張力)、停滴法(Sessile Drop)(2/3態(tài))、氣泡虜獲法、插板法等
6、曲面修正:上凸曲面、下凹曲面、表面粗糙度修正
7、動/靜態(tài)接觸角測試,可測試前進和后退角,傾斜角和滾動角值(需要加配旋轉(zhuǎn)平臺)
8、拍攝圖像方法:單張或60幀/秒連續(xù)拍攝
9、左右接觸角值分別計算與比較功能,軟件自動求取平均接觸角
10、數(shù)據(jù)庫管理功能:備份、壓縮、導(dǎo)出EXCEL表格,測值以及曲線擬合結(jié)果均可保存到導(dǎo)出的圖片上,直觀明了。
11、視頻錄相功能:錄制AVI格式影視圖像,可用于PPT文件制作
12、多種表面自由能估算模型,至少有9種表面自由能估算模型,不但能分析低能固體表面,也能分析高能固體表面
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