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[接触角测量仪]高速彩色摄像机测试超亲水纤维材料的动态吸附接触角并用于分辨与表征样品的亲水性

高速彩色摄像机测试超亲水纤维材料的动态吸附接触角并用于分辨与表征样品的亲水性,是近年来美国科诺(USA KINO)应用接触角测量仪于具体测样的一个非常实用与有效的方法。长期以来,接触角的测量停留在了静态接触角的评估阶段。但是,由于材料本身的表面粗糙度、化学多样性、异构性的存在,实际表征固体样品所用的接触角值事实上一直存在很大的争议。绝大多数情况下,正由于接触角测量仪本身的算法以及机构设计、与实际样品的符合度等等问题,导致了接触角测量仪的很多用户只是发挥了接触角测试仪器本身很小的一部分功能,因而,对于固体材料的表征方法上,很多用户事实上也因此而不是很重视接触角值这个物理化学性质。

事实上,接触角测量仪应用于表征固体材料,其必须具备的条件为:

1、采用阿莎算法(ADSA-RealDrop):真正符合非轴对称条件下的第四代Young-Laplace主程拟合技术,可以用于评估材料的本征接触角值,即修正表面粗糙度,化学多样性以及异构性后的接触角值。

2、MicroDrop法测试接触角:用于评估Wenzel-Cassie模型条件下的接触角以及状态反转。

3、提供样品台独立水平调整以及高速摄像机功能,用于更为微观条件下的接触角测量。

而目前,世界商业化的接触角仪生产厂事实上只是在硬件方面进行了简单的部分升级,如相机速度跟风式的跟随,而在软件方面,绝大多数商业化的接触角仪厂家仍停留在了圆拟合、椭圆拟合、切线法等比较低级的量角器阶段(如中国以及美国的一些厂家),德国的厂家虽然进行了Young-Laplace方程拟合的升级,但是由于轴对称假设技术缺陷与实际98%样品的非轴对称实际无法符合,算法本身由于采用Select Plane方式查找Bond Number,因而存在很大缺陷,导致事实上无法用于评估或表征接触角值。

接触角测量的最难的几个应用从具体材料形式来讲,主要为粉体材料和纤维材料。由于材料本身除了如上提及的化学多样性、异构性和表面粗糙度等之外,最为关键的材料存在着毛细现象以及毛细现象导致的Wenzel-Cassie状态。

在本文章中,我们提供了一种采用接触角测量仪SL200KS,并采用高速相机,速度140帧/秒条件下,采用阿莎算法(ADSA-RealDrop),测试进行过不同处理效果的纤维材料的接触角值,并成功实现了几种处理效果的分辨,为应用于实践提供了有力的数据支持。通常情况下,商业化的接触角测量仪厂家会建议用户采用分析天平称重原理进行测量。但是,从具体应用技术来讲,分析天平的速度赛多利斯的天平最快12数据/秒(而非表面张力仪厂商宣传的50数据/秒,具体验证可将分析天平的串口与电脑连接后直接计数得到),梅特勒分析天平最快92数据/秒。而这个速度与我们采用光学法动辄200帧/秒以上的要求是无法相比的。同时,从接触角计算原理来讲,润湿天平方法测得的接触角值与光学法的接触角值无法形成有效对比,不具有可比性。因而,无论从实际应用或测试效果还是从测值的意义来讲,我们均建议采用光学接触角测量仪并采用高速相机的方法。因而,我们也建议用户,特别是学校的用户,采用接触角测量仪时尽量采购带高速相机的接触角测值仪。第一、高速相机接触角测试仪可以用于粉体或纤维亲水条件下的细节部分的测量;第二、高速相机可以评估液滴的弹跳效果,特别是针对超疏水材料或具有Cassie状态的纤维、粉末材料的测量。

 

纤维接触角测量:高速相机光学接触角测量仪

从如上吸附速度以及初始接触角值来看,明显的,接触角测量仪SL200KS将几个样品分辨了出来,并将其吸附速度进行了有效的分类。

  初始接触角值
15 43.43705975
2 53.41426472
10 57.30126616
20 69.90070079
5 74.92527478
83.72676021

1、样品(无)的接触角测量动图效果:

纤维接触角测量动态效果图

2、样品(2)的接触角测量动态图如下:

纤维接触角测量动态效果图

3、样品(5)的接触角测量动态图

纤维接触角测量动态效果图

4、样品(10)的接触角测量动态图

纤维接触角测量动态效果图

5、样品(15)的接触角测量动态图

纤维接触角测量动态效果图

6、样品(20)的接触角测量动态图

纤维接触角测量动态效果图

   
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