接觸角水滴分析軟件

接觸角（contact angle）是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ，是潤濕程度的量度。
液體在固體材料表面上的接觸角, 是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數。通過接觸角的測量可以獲得材料表面固-液、固-氣界面相互作用的許多信息。接觸角測量技術不僅可用于常見的表征材料的表面性能, 而且接觸角測量技術在石油工業、浮選工業、芯片產業、低表面能無毒防污材料、油墨、化妝品、農藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領域有著重要的應用。

特點：
若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。至于是否液體能進入毛細管，這個還與具體液體有關，并非所有液體在較大夾角下*不進入毛細管。 潤濕過程與體系的界面張力有關。一滴液體落在水平固體表面上，當達到平衡時，形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式（Young Equation）:γSV = γSL + γLV×cosθe
由它可以預測如下幾種潤濕情況：

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。

毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2*表面張力系數/（液體密度*重力加速度g*液面半徑R）。

上升高度h=2*表面張力系數*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r）。

潤濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農藥加工、感光膠片生產、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關系。

測量方法：
接觸角現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.但應用泛,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常基于一特定的數學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如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關系，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。

接觸角測量方法可以按不同的標準進行分類。按照直接測量物理量的不同,可分為量角法、測力法、長度法和透過法。按照測量時三相接觸線的移動速率,可分為靜態接觸角、動態接觸角(又分前進接觸角和后退接觸角)和低速動態接觸角。按照測試原理又可分為靜止或固定液滴法 、Wilhemly板法 、捕獲氣泡法、毛細管上升法和斜板法

應用：
任何兩相物體相接處時，接觸面的表面張力就表現為界面張力。用表示。

當氣體在水中固體表面附著并達到平衡時，任意兩相之間的界張力

可以看出，當3個力達到平衡時，有如下的平衡方程式，即：

固氣= 固液+ 液氣

上式表明，接觸角式三個相界面自由能的函數，它既與礦物表明性質有關，也與液相、氣相的界面性質有關。凡是能夠因其任何三相界面自由能改變的因素，都額可以影響礦物表面的潤濕性。

接觸角度量與礦物可浮性的關系。根據楊氏方程，由θ的大小，可以度量不同礦物潤濕程度的高低。 當θ<90°，固氣>液氣，液滴被拉開，沿礦物表面展開，礦物表面被潤濕，表現為親水。

當θ>90°，固氣< 液氣，液滴收縮，沿礦物表面聚集成珠狀，礦物表面不易被潤濕，表現為疏水。

θ=90°，cosθ=0，規定為疏水表面與親水表面的分界線。當θ=0，cos θ=1，固體被液體*潤濕。

當θ=180°，cosθ =-1，液滴對固體*不潤濕。

即接觸角愈大，cos θ愈小，其可浮性愈好。并且cos θ值介于-1~1之間，于是對礦物的潤濕性與可浮性的度量定義為

潤濕性=cosθ

可浮性=1-cosθ

接觸角與礦物可浮性之間的關系式：接觸角愈大，cos θ值就愈小，其潤濕性愈弱，則可浮性愈好；反之，接觸角愈小，cos θ值就愈大，其潤濕性愈強，則可浮性愈差。

礦物接觸角可以測得，下表列出了部分礦物的接觸角測定值，依據接觸角可大致判斷各種礦物的天然可浮性。 [4]

部分礦物接觸角測定值

技術參數：
系統

光學系統：

（1）成像：標準CCD攝像機和連續變倍顯微鏡鏡頭；

（2）光源：可調亮度單色冷光LED背光光源，圖像中液滴邊緣分辨更清晰；

（3）指標：拍攝3000幀/秒，顯微鏡放大率0.7-4.5倍連續變倍，成像分辨率

55piexl/mm~315piexl/mm，水平分辨率750線。

方法

1、測試方式：座滴法、頂視法、威廉板法

2、接觸角分析方法：高寬法、楊拉普拉斯法、橢圓法、錐切法、圓法

3、拍攝圖像方法：單張拍攝、連續間隔拍攝（慢存）、連續拍攝（快存）、即刻回放

4、接觸角測試范圍：0<θ<180°

5、測試分辨率：0.01°

6、測試精度： 0.1°

7、內置或外置旋轉臺能測試前進/后退角

8、樣品尺寸：120*120mm；

9、樣品大厚度：30mm

10、樣品臺大小：可測試樣品：120*120*30mm

軟件功能：

（1）接觸角計算功能；

（2）左右接觸角對比功能；

（3）懸滴法可測量液體界面張力

（4）Owen二液法表面自由 能估算；

（5）插入法可用來測量纖維絲的極限角

（6）表面自由能（固體表面張力）計算；

（7）動態接觸角分析系統，前進角/后退角、傾斜角分析。

(8) 利用屏蔽技術，實時和測量可在同一界面下相互轉換。即在實時的視窗下瞬間凍結圖像，

并直接可以測量，無須轉換界面，既方便又增加了實時性。

（9）數據圖像信息的保存、調閱和打印。

應用特點

1、采用計算機多媒體技術，光學系統和CCD攝像頭結合，使液滴的影像清晰地顯示在計算機屏

幕上，可在瞬間將圖像存儲下供測量使用，避免因液體蒸發造成測量失敗。

2、自動旋轉平臺便于測量前進角和后退角。

3、動、靜態接觸角、接觸角動態變化、前進角/后退角分析；

4、固體表面能估算： Owen二液法

5、多種測試方式：懸滴法、座滴法（靜滴法）、轉落法、插入法

6、左右接觸角值計算補償

7、視頻采集試樣圖象信息，計算機測量，保存，打印。

8、軟件設計符合應用需求：

接觸角測試儀組成：

自動旋轉平臺、視頻采集卡、CCD攝像頭、高級變焦鏡頭、自動電控溫系統、、自動進樣、自動影像分析系統、全電動三維平臺光源采用密集LED冷光設計，發光均勻，圖像清洗，壽命長；注射單元采用高精度注射泵進液，由軟件定量定速控制，滴液穩定，精度*；樣品臺采用三維手動精調平臺，操作靈活，定位準確，樣品臺可根據實際樣品尺寸定制；采集系統采用黑白CCD相機，拍攝穩定，圖像清晰，真實可靠，鏡頭采用工業級配置，0.7-4.5倍放大可調，成像無畸形失真；分析軟件功能強大，具備一鍵式全自動擬合能力，具備的擬合方法，滿足各種液滴形態的準確擬合;

符合相關標準
1.GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物檢測)；
2.SY/T5153-2007（油藏巖石潤濕性測定方法）；
3.ASTM D 724-99（2003）（紙的表面可濕性的試驗方法）；
4.ASTM D5946-2004（塑料薄膜與水接觸角度的測量）；
5.ISO15989（塑料薄膜和薄板電暈處理薄膜的水接觸角度的測量）；