Mesureur d'angle de contactC'est un instrument utilisé pour mesurer l'angle de contact liquide - solide, principalement pour évaluer la mouillabilité liquide - solide, puis pour analyser les propriétés physico - chimiques telles que la mouillabilité, la propreté, l'uniformité et l'énergie libre de surface de la surface solide. Il a de nombreuses applications dans les domaines de la science des matériaux, de la chimie, de la biologie, de la microélectronique, de la technologie de revêtement, etc.

Cet article effectuera une analyse complète du palpeur de mesure de plusieurs façons:

I. concept de base de l'angle de contact

II. Principe de fonctionnement du mesureur d'angle de contact

Iii. Principaux types de mesureurs d'angle de contact

Iv. Composition et composants clés du mesureur d'angle de contact

V. Méthode de mesure de l'angle de contact

Vi. Étapes d'utilisation du mesureur d'angle de contact

Vii. Traitement et analyse des données

Viii. Considérations et domaines d'application

I. concept de base de l'angle de contact

Définition:

L'angle de contact (Contact Angle) est l'angle entre la tangente au contour de la goutte et la surface du solide au point de jonction des trois phases liquide - solide, liquide - gaz et solide - gaz lorsque la goutte atteint l'état d'équilibre sur la surface du solide, généralement noté θ.

Critères de décision:

θ < 90°: liquide (liquide mouillant une surface solide, comme des gouttelettes d'eau sur un verre propre)

θ > 90°: hydrophobe (les liquides ne mouillent pas facilement les surfaces solides, comme le mercure sur le verre)

θ ≈ 0°: mouillage

θ ≈ 180°: non mouillant (super hydrophobe)

Signification de l'application:

La mesure de l'angle de contact permet de déduire des informations telles que la mouillabilité, la rugosité, la composition chimique et l'effet du traitement de surface de la surface du matériau.

Deux,Principe de fonctionnement du mesureur d'angle de contact

Le mesureur d'angle de contact calcule les paramètres de forme de la goutte sur la base du principe d'imagerie optique et du modèle géométrique / mécanique, inversant ainsi la taille de l'angle de contact. Son flux de travail de base est le suivant:

Des gouttelettes de traces (généralement 1 ~ 10 μl) sont ajoutées goutte à goutte sur la surface de l'échantillon solide à mesurer;

Acquisition d'images de Gouttes à l'aide d'une caméra haute résolution;

Le logiciel effectue une détection de bord de l'image, extrait le contour de la goutte;

L'angle de contact est calculé à partir de la courbe de profil de la goutte à l'aide d'un algorithme d'ajustement (par exemple, cercle destiné à être légitime, ellipse destiné à être légitime, équation de Young Laplace destinée à être légale, etc.);

Les résultats de mesure sont exportés et des paramètres tels que l'énergie de surface peuvent être analysés davantage.

Iii. Principaux types de mesureurs d'angle de contact

Mesureur d'angle de contact statique: mesure l'angle de contact d'une goutte au repos.

Mesure dynamique de l'angle de contact: mesure des angles d'avancement et de recul pour étudier les phénomènes de mouillabilité et d'hystérésis en inclinant la table d'échantillonnage ou en augmentant / diminuant le volume des gouttelettes.

Analyseur d'énergie de surface par la méthode des gouttelettes suspendues: il est utilisé pour calculer l'énergie de surface solide en mesurant la tension superficielle du liquide repoussé par la forme des gouttelettes suspendues.

Angle de contact rhéologique Interfacial: combiné avec l'angle de contact dynamique et les propriétés rhéologiques d'expansion interfaciale, il convient à l'étude de l'interaction du liquide viscoélastique avec l'interface.

Iv. Composition et composants clés du mesureur d'angle de contact

Banc d'échantillons: pour la fixation des échantillons solides testés, généralement avec réglage horizontal et fonction de chauffage.

Système de remplissage: pompe à micro - injection ou seringue manuelle pour un contrôle précis du volume des gouttelettes.

Système d'acquisition d'image: caméra CCD ou CMOS HD avec objectif de microscope pour obtenir des images de gouttelettes.

Source de lumière: fournit un rétroéclairage uniforme et stable (source de lumière froide LED couramment utilisée) qui améliore le contraste des bords des gouttelettes.

Système de contrôle de l'environnement de l'échantillon (facultatif): cavité de contrôle de la température, contrôle de l'humidité, contrôle de l'atmosphère, etc.

Logiciel d'analyse: pour le traitement d'images, l'extraction de contours, le calcul des angles de contact, l'exportation de données et la génération de rapports.

　　
V. Méthode de mesure de l'angle de contact

Méthode de chute de siège (méthode de chute de siège) – usage courant

Les gouttes sont déposées sur une surface plane solide et l'angle de contact statique est mesuré après stabilisation.

Un test de goutte unique, de goutte multiple (différents liquides) peut être effectué pour comparer la mouillabilité de surface.

Méthode Tilting (Tilting method)

Inclinez lentement la table d'échantillonnage après la stabilisation de la goutte et enregistrez les changements d'angle de contact des bords d'attaque et de fuite de la goutte pour obtenir un angle d'avance et un angle de recul.

Utilisé pour évaluer l'hystérésis de l'angle de contact et les irrégularités de surface.

Méthode Needle - in / out

Utilisez l'aiguille d'injection pour insérer ou retirer le liquide, changer le volume de la goutte et observer le changement d'angle lorsque la ligne de contact se déplace.

Il est également utilisé pour déterminer les angles d'avance et de recul.

Méthode pendant Drop (pendant Drop Method)

Pour mesurer la tension superficielle des liquides, calculer indirectement l'énergie de surface des solides.

Les angles de contact ne sont pas mesurés directement, mais sont couramment utilisés dans l'analyse de l'énergie de surface.

La méthode wilhelmy plate

L'angle de contact et l'énergie de surface sont calculés en mesurant la variation de force d'une lamelle solide lorsqu'elle est immergée dans un liquide.

Convient aux matériaux flexibles tels que les fibres, les films et autres.

Vi. Étapes d'utilisation du mesureur d'angle de contact

Préchauffage: Allumez la source lumineuse, le système de caméra et l'ordinateur, Préchauffez pendant 10 à 30 minutes pour garantir la stabilité.

Préparation des échantillons:

Assurez - vous que la surface de l'échantillon est propre, plate et sans contamination.

Peut être lavé au solvant (par exemple, éthanol, acétone) et séché par soufflage.

Pour les tests à haute température, installez l'échantillon à la console de température.

Instruments de Calibration:

Ajustez le niveau de la table d'échantillonnage (à l'aide d'un niveau ou d'un outil d'étalonnage intégré au logiciel).

Mettre au point l'image pour s'assurer que les bords des gouttes sont clairs.

Goutte à goutte ajouter des gouttes:

Utilisez une micro - seringue pour ajouter goutte à goutte un volume défini de gouttelettes (1 ~ 5 μl recommandé).

Évitez que l'aiguille touche la surface de l'échantillon.

Acquisition d'images:

Attendez que la goutte se stabilise (généralement 5 ~ 30 secondes) pour prendre une image claire.

Plusieurs images peuvent être prises en continu pour une meilleure précision.

Calcul de l'angle:

Le logiciel reconnaît automatiquement le profil de la goutte, sélectionne le modèle d'ajustement (par exemple cercle, ellipse, Young Laplace).

Lisez les valeurs des angles de contact gauche et droite, faites la moyenne ou enregistrez - les séparément.

Test dynamique (facultatif):

Inclinez la table d'échantillonnage ou modifiez le volume de la goutte et répétez les étapes ci - dessus pour mesurer l'angle avant / arrière.

Conservation et analyse des données:

Exportez des données telles que des images, des valeurs angulaires, des courbes ajustées, etc.

Effectuer des analyses statistiques ou des calculs d'énergie de surface.

Éteignez le nettoyage: éteignez l'appareil, nettoyez le banc d'échantillons avec l'aiguille d'injection, enregistrez les enregistrements d'utilisation.

Vii. Traitement et analyse des données

Modèle de calcul de l'angle de contact:

Ajustement circulaire: convient pour les petits angles de contact (θ < 30°) et les gouttelettes sont proches de la forme sphérique.

Ajustement elliptique: convient pour un angle de contact moyen (30° < θ < 120°), en tenant compte des effets de la gravité.

Ajustement Young Laplace: précis, adapté aux grosses gouttelettes, aux grands angles de contact ou aux formes complexes, en tenant compte de la tension superficielle en équilibre avec la gravité.

Estimation de l'énergie de surface:

L'énergie de surface du solide et sa composante polarité / dispersion ont été extrapolées à l'aide d'une variété de données d'angle de contact liquide en utilisant des méthodes telles que Owens - Wendt, Van OSS, zisman, etc.

Analyse de l'hystérésis de l'angle de contact:

Hystérésis = angle d'avancement - angle de recul, reflétant l'influence de la rugosité de surface, de l'hétérogénéité chimique ou de la couche d'adsorption.

Viii. Considérations et domaines d'application

Précautions:

La surface de l'échantillon doit être propre et sèche pour éviter les erreurs dues à la contamination.

Le volume des gouttelettes doit être modéré, l'impact gravitationnel excessif est significatif et les bords trop petits sont flous.

Les vibrations ambiantes, le flux d'air, les fluctuations de température affecteront la précision de la mesure et devront fonctionner dans un environnement stable.

Plusieurs mesures font la moyenne et améliorent la répétabilité.

Les résultats des différentes méthodes d'ajustement peuvent varier considérablement et il est nécessaire de choisir le modèle approprié en fonction de la forme et de la théorie des gouttelettes.

Domaines d'application:

Évaluation des modifications de surface des matériaux (p. ex., traitement plasma, revêtements, Nanostructures)

Recherche et développement de matériaux super hydrophobes / super hydrophiles (p. ex., surfaces auto - nettoyantes, verre antibuée)

Analyse de compatibilité du matériel biologique (par exemple, collage cellulaire, adsorption de protéines)

Séparation huile - eau, conception de dispositifs microfluidiques

Optimisation des processus d'impression, de revêtement, de collage

Détection de qualité de nettoyage de plaquettes semi - conductrices

Etude d'étalement de produits cosmétiques, préparations pharmaceutiques

résumé

Le mesureur d'angle de contact est un outil d'analyse de surface de haute précision et non destructif, dont le cœur consiste à capturer la morphologie des gouttelettes par des moyens optiques et à calculer l'angle de contact en combinaison avec un modèle mathématique. La maîtrise de son fonctionnement, des méthodes d'utilisation appropriées et des techniques d'analyse des données est essentielle à l'évaluation et à l'optimisation des propriétés de surface des matériaux. Avec les progrès technologiques, le mesureur d'angle de contact moderne a intégré des fonctions telles que l'automatisation, la haute température et la haute pression, le contrôle de l'environnement et d'autres, devenant un équipement dans la recherche scientifique et l'inspection de la qualité industrielle.