視頻光學(xué)接觸角測(cè)量儀采用高倍顯微鏡頭測(cè)試單纖維的接觸角值

視頻光學(xué)接觸角測(cè)量儀采用高倍顯微鏡頭測(cè)試單纖維的接觸角值是目前為止測(cè)試單纖維接觸角值的測(cè)量方法。非的儀器廠家會(huì)建議用戶選購微量分析天平1ug的分析天平測(cè)試水或樹脂在纖維上的潤濕速度并采用Washburn滲透法或Wilhlemy plate板法，轉(zhuǎn)換計(jì)算得到相應(yīng)的接觸角值。但是這樣的方法顯然存在的缺陷與科學(xué)依據(jù)不足在于：

1、測(cè)試所得的接觸角值與光學(xué)法所得的接觸角值沒有可比性；

2、測(cè)試時(shí)如果是樹脂，會(huì)因粘度影響潤濕速度，因而，所計(jì)算得到的角度值也沒有意義；

3、分析天平測(cè)試單纖維本身極易彎曲而影響測(cè)值。

因而目前為合理的方法是采用高倍顯微鏡頭，如50倍顯微鏡頭加上0.7－4.5X連續(xù)變倍鏡頭，即可完成3-10um的纖維的接觸角測(cè)量。如果需要測(cè)試超疏水或疏水情況下的接觸角值，則需要同時(shí)采購納升或皮升級(jí)噴射針頭或超細(xì)針頭。

但是，如上僅僅是完成了纖維測(cè)量的硬件部分的功能，事實(shí)上，纖維接觸角測(cè)量的更為重要的關(guān)鍵在于軟件部分。目前，絕大多數(shù)的商業(yè)化的接觸角測(cè)量儀生產(chǎn)廠僅提供圓、橢圓或Young-Laplace方程擬合法測(cè)試接觸角值，而在單纖維時(shí)，由于在接觸到纖維的地方的弧形不再往里收縮，因而，如上的所有方法測(cè)值均是無效的。如下圖所示：

在采用KINO的阿莎算法時(shí)，液滴輪廓同樣沒有與擬合的輪廓線重合。

如上兩張圖片中采用兩個(gè)不同公司的橢圓擬合法分析纖維的接觸角值，顯然擬合線與液滴輪廓也根本沒有重合。

對(duì)另一個(gè)樣品的纖維接觸角圖像我們采用阿莎算法進(jìn)行了擬合分析。結(jié)果同樣不令人滿意。雖然從擬合效果來看，擬合度只是出現(xiàn)了略微的變化。但是，正是這樣的輪廓曲線與實(shí)際的纖維輪廓曲線的微小變化，會(huì)導(dǎo)致測(cè)值結(jié)果的明顯變化。

因而，對(duì)于單纖維而言，接觸角值的計(jì)算方法比硬件更為關(guān)鍵，也更難解決。目前商業(yè)化的接觸角測(cè)量儀廠商通常采用Max HW法，通過計(jì)算得到相應(yīng)的接觸角值，詳細(xì)參考《Contact Angle Measurements on Fibers

and Fiber Assemblies, Bundles,Fabrics, and Textiles》SURFACE AND INTERFACIAL TENSION ~ - Measurement, Theory, and Applications P425。但是這樣的簡單推導(dǎo)得到的接觸角值因其推導(dǎo)過程中的經(jīng)驗(yàn)因子，而導(dǎo)致測(cè)值的誤差同樣無法得到有效的避免。

根據(jù)原著描述，如下圖片的測(cè)值角度為14－15度左右。

美國科諾的MicroDrop技術(shù)，可以用于評(píng)估Wenzel-Cassie模型及其反轉(zhuǎn)條件的臨界接觸角值。同時(shí)，MicroDrop法用于評(píng)估纖維接觸角具有更為明顯的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。如上同樣的纖維接觸角圖片，通過MicroDrop法，能夠明顯區(qū)別出左、右接觸角值的差值，同時(shí)，提供了一個(gè)更為易于接受，沒有人為經(jīng)驗(yàn)修正的纖維接觸角的測(cè)量結(jié)果。接觸角左側(cè)為18.496度，右側(cè)為23.284度，平均接觸角值為20.89度。

同時(shí)，采用阿莎算法，對(duì)于如上示例的纖維接觸角進(jìn)行的測(cè)值結(jié)果顯示為：

綜合如上可見，目前為止，測(cè)試單纖維接觸角值的為科學(xué)的技術(shù)為光學(xué)視頻接觸角測(cè)量儀，采用50倍左右的物鏡即可完成相應(yīng)的測(cè)值。而測(cè)試接觸角為科學(xué)的算法為MicroDrop法，真正符合液滴往外擴(kuò)張的趨勢(shì)，測(cè)值可靠性也更高。