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目前使用光學(xué)接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉(zhuǎn)臺法和加液/減液法三種。
一種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,利用傾斜臺緩慢地傾斜樣品表面,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時液滴不一定發(fā)生移動,但是形狀會開始發(fā)生變化,使得下方的接觸角不斷地增大,而上方的接觸角則不斷地變小,當(dāng)表面傾斜到一定角度時,液滴開始發(fā)生滾動或滑動,此時液滴下方三相接觸點發(fā)生運動之前對應(yīng)的接觸角就是大前進(jìn)角,而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之前對應(yīng)的接觸角就是小后退角。當(dāng)液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動(滑動)時的表面傾斜角,就叫滾動角(滑動角)。
使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進(jìn)角和后退角變化的全過程,而且能得到液滴在材料表面上的滾動角。
第二種方法是離心旋轉(zhuǎn)臺法又稱滯留力天平法,實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,利用離心旋轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加,液滴整體受到的離心力越來越大,液滴開始發(fā)生形狀變化,并且順著旋轉(zhuǎn)半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯,直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外側(cè)的接觸角不斷地增大,而內(nèi)側(cè)的接觸角則不斷地變小,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個臨界值時,液滴開始發(fā)生整體滑動,此時液滴外側(cè)三相接觸點發(fā)生運動之前對應(yīng)的接觸角就是大前進(jìn)角,而液滴內(nèi)側(cè)三相接觸點發(fā)生運動前對應(yīng)的接觸角就是小后退角。根據(jù)液滴體積、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。
使用離心轉(zhuǎn)臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進(jìn)角和后退角變化的全過程,而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。
第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法,實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,把注射針插入液滴內(nèi)部,緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值,之后再緩慢的回吸液體使液滴體積減小到一定數(shù)值,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注射和回吸過程中兩側(cè)的接觸角不斷地變化,三線接觸點同時發(fā)生移動。如果液體注射和回吸的速度足夠緩慢,三相接觸點運動接近一個亞平衡狀態(tài),過程中可以得到大前進(jìn)角和小后退角。
使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進(jìn)角和后退角變化的全過程,而且不需要額外的特殊附件,投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導(dǎo)致接觸角計算的誤差。
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