接触角/表面张力测定仪

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仪器详情

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• 1、仪器名称：（接触角/表面张力测定仪）
• 2、仪器型号：Dataphysics OCA20，Dataphysics DCAT21、DSA100等
• 3、仪器用途：接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。接触角测试仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，可以测量各种液体对各种材料的接触角。

测试结果示例

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1. 静态接触角：带标注接触角图片（示例，具体以实际仪器测试结果为准）

2. 动态接触角：按需提供视频和截图数据，前进角/后退角/滚动角提供测试数值；

3. 表/界面张力提供测试数值；

4. 固体表面能提供测试数值。

常见测试问题

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1. 接触角相关定义

静态接触角：当液体在固体表面达到平衡时，气液的界线与液固的界线之间的夹角称为接触角，此时为静态接触角。

动态接触角：一般是对于疏水材料而言。如果测量时，液滴的三相界面前沿正处于移动状态，那么这样测量得到的接触角值称为动态接触角。

前进/后退角和滚动角：固-液界面扩展后测量的接触角前进角和回缩后的测量值后退角存在差别，前进角往往大于后退角，两者的差值叫做滚动角，滚动角的大小也代表了一个固体表面的接触角滞后现象。观察到的静态接触角可能位于由前移和后移接触角所限定范围θ_A＞θ＞θ_R内的任意位置。对于给定的三相系统，这一静态值的限定范围称为接触角滞后Δθ=θ_A-θ_R。Δθ与液体在固体上的附着力相关，表征液滴在固体表面滚动的难易程度。

表面张力：由于液相和气相的密度差异，液体的表面层中的分子，受到了一个指向液相内部并垂直于界面的引力，使得液体表面就如张紧的弹性薄膜，在这张薄膜上存在着收缩张力，使液体表面有收缩到最小的趋势。单位长度上的收缩张力称为表面张力。

界面张力：高速离心法测试适用于原油类样品，可以测试出超低界面张力。

表面自由能：表面能也叫表面自由能，液体表面能可以直接通过仪器设备测得，而固体表面能和固-液界面能只能通过其他方法间接计算获得。

2. 粉末样品如何测试？

2.1. 压片制备成类薄膜样品，按照薄膜样品测试。

测试中影响最大的因素就是测试面是否平整，一般用红外的压片机压片，样品有时出现粘接的压片机模具的表面，取下来时导致测试面不平整，可以在测试面垫加称量纸就行压片。

2.2. 直接测试（Washburn法）

固体粉体间的空隙相当于一束毛细管，当把管子插入待测液时，由于毛细作用液体能自发渗透进入到粉体柱中。毛细作用取决于液体的表面张力和固体的接触角，因此通过测定已知表面张力液体在粉体柱中的透过情况就可以得到有关该液体对粉体的接触角。本身也有不足之处，即粉体柱的等效毛细管半径与粒子大小、形状和填装紧密程度有关，所得曲线线性一般不理想。要想用此方法得到相对准确的结果就需要每次实验粉末样品和装柱方法、粉末紧密程度必须相同；另一方面，当液体的重力相对于Laplace压力差不能被忽略时，就会带来比较大的误差。

3. 纤维样品如何测试接触角

传统的Wilhemy Plate方法（也称为吊片法）被用来测量液体的表面张力：当一块/片规则的金属薄板/片，在经过表面粗糙化处理后，被伸入到液体相时，它受到液体表面张力对其施加的作用力F的作用，后者可以通过称量确定。这里γ为液体的表面张力（待测量），l为液体润湿金属薄板的总周长（可以通过测量已知表面张力的液体确定或直接通过对薄板几何尺寸的测量经计算获得），θ是液体在薄板表面的接触角值。测量时，假设接触角值为零，可以通过获得的F值由计算出γ值，通过测量获得的作用力F，在已知液体的表面张力值γ和液体润湿总周长l时，可以计算得到接触角值θ。

5. 如何衡量/检测接触角测量的准确性？

测量都是建立在某一模型的基础上，测量的准确性首先取决于采用的模型在多大程度上与实际被测量体系相符合：符合程度越高，测量的准确性也就越高。反之，即使测量的重复性再好，其数值的准确性（与真实数值的偏差）也不可能得到保证。

视频光学法测量接触角的一个默认的前提（中心轴对称性）和必要的模型假设（液滴或液面轮廓走向函数）。采用的液滴或液面轮廓走向函数的模型与真实情况的相符合性在很大程度上直接决定了最终测量得到的接触角的准确性。

6. 表面张力和界面张力有何不同

液体的表面张力是在空气中测得的，而界面张力则是两种不互溶的液体（例如水和油）之间的张力，两种互溶的液体之间没有界面张力。