光学法接触角测量方法

在做接触角测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对接触角测量不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

测量液体在固体表面接触角一般有二种方法：天平称量法和光学法。

天平称量法是一间接测量法，是薄板法表面张力测量仪的副产物。这一方法只适用于几何形状规则的固体表面（如圆柱体和长方形薄板），而且测量的也只能是整个接触周边表面（periphery of the wetted surface）上的平均接触角值，不能只限于测量其中的一个面。

光学法是建立在直接观测液滴在固体表面的接触界面的测量法，是一种直接测量法。它几乎不受固体表面几何形状和尺寸的限制，适用性广，测量模式众多，而且测量多可在与实际应用相同或相似的条件下进行。自从引入了相机和数字图像处理后，视频光学法不但大大提高了测量的自动化程度和速度，减少了人为主观因素的影响，而且使得测量的精度和准确性也获得大幅度提高。

所有的测量方法都是建立在某一模型的基础上，视频光学法也不例外。如上所述，本法是通过直接观测液体在固体表面形成的液滴的测量法，通过测量液滴的形状，尤其是其与固体表面相接触处（界面）的液面（interface meniscus）形状，来确定液体在固体表面的接触角（参见图 1）。基于侧面（side-view）观察法的视频光学法都采用正交观测法（也即从正侧面观测液滴和液面的形状），观测到的只是通过液滴正中轴线的一截面（orthogonal cross section），所以测量方法在一定程度上是默认了液滴和液面的中心轴对称性（rotational invariance），认为从某一旋转角截面测量得到的接触角也同样地可以代表所有的不同取向（旋转角）的截面。

图 1 ：接触角测量示意图

除此之外，根据接触角的定义，它是在液/固/流三相接触界面处（3-phase contact points,3PCP），液面与固体表面形成的切线角，是液面走向函数在此位置的一次导数。但实际情况是：恰巧在这一三相接触界面位置，由于各种因素的影响，液面的轮廓往往不很清晰，这就要求通过测量液面在其它位置的轮廓，并在某一模型的假设基础上，将其轮廓（走向函数）外推到三相接触界面位置，以计算出接触角θ。这就是为什么接触角测量时必须采用一定的模型或计算方法的原因。

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