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采用国内外不同公司的接触角测量仪测试软件分析同一张图片的分析结果对比

https://www.lpdlabservices.co.uk/analytical_techniques/surface_analysis/wettability/optical_contact_angle.php

通过访问如上地址,可以得到一张超疏水材料的接触角图片。

接触角测试图片

将图片采用photoshop进行转换格式,转换成8位灰度图片,且格式为BMP图片后,即可用于采用不同的接触角分析软件进行分析测量。

一、采用接触角分析软件DSA3分析测试结果。

1、采用Young-Laplace方程拟合分析得到的结果为161度。如下图所示:

Young-Laplace方程拟合测试接触角值

可以很明显的看出,左侧部分拟合度较好,体现为拟合的绿色线与红色的边缘查找线(或黑色的液滴轮廓部分)基本重合,但是,右侧部分出现了明显的不重合,黑色部分约有3像素左右偏出。

因而,Young-Laplace方程拟合算法无法判断出非轴对液滴的除了简单的角度值之外更多的信息。如3D接触角功能等。

2、椭圆拟合分析接触角值。

椭圆拟合分析测试接触角值

通过如上图片,可以明显看出,椭圆拟合线绿色部分在接触位置完全没有与红色或黑色的轮廓部分重合,因而,出现角度值偏低147.5度就完全不能被采用来表征样品的接触角值。

3、切线法

切线法评估样品的接触角值

切线法测值结果中虽然能够显示出左、右角度的一定偏差。但这个角度的测值精度显然是不够的,且与Young-Laplace方程拟合法的偏差值过大,角度值也无法用于评估样品的接触角值。

4、圆拟合法。显然,圆拟合法对于这样的样品的接触角测值是根本无效的。拟合线根本无法与轮廓线重合。

圆拟合法测试接触角值

二、OCA2.0评估接触角值

1、Laplace-Young拟合法测试接触角值。

仅从拟合度而言,测值结果是可以。但是,从拟合线来讲,其右侧部分同样存在2像素左、右没有重合部分。因而,测值结果同样无法分辨出这样的图片中的特殊意义,即左、右角度值由于样品的不水平而出现的偏差。

OCA2.0测试接触角值Young-Laplace方程拟合法

2、椭圆拟合法分析接触角值。同样的,OCA的椭圆拟合也无法拟合上液滴的轮廓,因而,角度值也是无法被接受的。

椭圆拟合法

三、中国国产分析软件用于评估这个图片的接触角值。

1、椭圆拟合法测试接触角值。事实上,椭圆拟合无论国内外均无法实现重合度更好。

椭圆拟合法测试接触角值

2、差分椭圆拟合:相对于单椭圆而言,有多提升。但拟合度还是差强人意,关键在于角度值根本没有界面化学的意义,其仅仅作为参考,无法作为科学意义上的表征固体物理化学所用。

3、Laplace-Young拟合法测试接触角值。与国外的软件同样的无法分辨出左、右角度值的偏差。因而,专业性上不足以让客户放心采用其数据。

Laplace Young拟合接触角值

四、美国科诺的阿莎算法

阿莎算法测试固体材料的接触角值

可以看出,阿莎算法准确的分辨出了左、右角度值的偏差值,同时将左、右两侧相对应的表面张力值进行了计算分析。从拟合度而言,拟合度极高。

五、Advance 软件用于评估样品的接触角值。

1、Young-Laplace方程拟合法

advance 接触角分析软件 Young-Laplace方程拟合法的缺陷

可以看出,由于出自同一个公司的软件,与DSA3.0相比,其测值数据基本保持一致。但是,Advance软件在拟合线上做了相当大的文章。从如上不同的软件对比来看,分析接触角测值结果是否合理的方式主要是看拟合线(绿色)与红色或黑色的轮廓线是否重合。但是Advance版本显然将蓝色的拟合线变成粗线,这样拟合度不好时就无法看出来了。而从如上图片可以看出,无论左、右两侧的均出现了红色部分没有被完全覆盖的情况,显然,即使在作出特殊处理后,其拟合结果同样是无法被接受的。但是,这是在能够看到不能拟合的情况时才能够被发现,如果出现拟合度只差2个像素左右时(通常角度误差5度左右),则无法评估出一个合理的角度值了。

2、椭圆拟合:可以看到,椭圆拟合在拟合线变粗时也无法实现覆盖红色的边缘线,从这个意义上来讲,椭圆拟合的应用范围很小。通常只有部分国产的仪器厂家以及部分日本、美国的厂家才用这样的算法。主要原因在于其近三十年来均没有升级相应的算法。

椭圆拟合分析测试接触角值

 


因而,在如图中所示的由于本身仪器设计问题,主要是样品台无法调整水平所致,导致的一些角度值的变化,事实上,国外的以及国内的接触角测试软件均无法进行准确的评估与判断,因而,测值的数据具有很大的不确定性。

同时,可以看出,椭圆拟合或双椭圆等技术,仅仅是简单的量角器而已,与专业意义上的接触角测量区别非常大,测值数据通常无法作为专业性文献或品质控制、研发单位所采用。

 

阿莎算法的优势在于可以自动进行重力系数根据倾斜角度变化而自动进行修正,同时,将表面张力、接触角综合进行分析评估,因而,其测值结果更有意义,更具有专业性。

 

   
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