
一、 设备名称:全自动接触角测定仪
规格型号:德国德飞(dataphysics),OCA 25
各项具体参数:
接触角测量范围:0-180°,测量精度±0.1°,分辨率±0.01°;
表面/界面张力测量范围:1×10-2-2×103 mN/m,分辨率±0.01 mN/m;
光学和图像处理系统:最大分辨率2048×1088像素,最大视频速度2450幅图像/秒,六倍变焦透镜,视野范围2.50×1.32-16.09×8.54 mm2;
样品尺寸及位移范围(X-Y-Z):100×100 mm2,100×104×42 mm3;
仪器尺寸及重量:660×230×365 mm3,16 kg;
电源:100-240 V,50-60 Hz,70 W
二、 工作原理
当液滴自由地处于不受力场影响的空间时,由于界面张力的存在而呈圆球状,但是其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的表面能的相对大小,因此液滴会在固体表面铺展或形成一定接触角,以及在毛细管口形成悬滴。视频光学接触角仪通过高速相机抓拍记录注射出的液滴,得到在材料表面或毛细管管口的数字图像,并由软件进行图像分析处理。接触角的测定,由光学测量方式座滴法(Sessile Drop) 实现,通过拍摄液滴图象,确定基准线及液滴外型轮廓后选取适当的计算方法,再拟合液滴外型曲线,即可计算得到接触角。表面张力测试方法采用悬滴法 (Pendent Drop),在通过参数设定后,确定放大倍数,注射液滴,基线校准,图像拟合,即可计算得到表面张力。
三、 应用领域
1、材料科学与工程
在材料科学与工程领域中,接触角测量仪被广泛应用于研究材料表面润湿性、附着性、生物相容性等方面。相关应用有:表面润湿性研究:接触角测量仪可用于测量不同条件下材料表面的润湿性。例如,可以研究不同表面处理方式对材料表面润湿性的影响,以寻找适合的表面处理方式。生物相容性研究:接触角测量仪可用于研究材料与生物体液体之间的相互作用。例如,可以测量生物体液体在材料表面的接触角,以评估材料的生物相容性。涂层附着性研究:接触角测量仪可用于研究涂层在不同材料表面上的附着性。例如,可以测量涂层在材料表面的接触角,以评估涂层与材料之间的附着强度。界面稳定性研究:接触角测量仪可用于研究材料与液体之间的界面稳定性。例如,可以测量液体滴在材料表面上的接触角,以评估液体与材料之间的稳定性。
2、石油与化工领域
分析油水界面张力,油水在岩芯表面的亲疏水性。
3、 生物医疗领域
测量医疗试管、试纸、器械等的润湿性,测量血清与实验试管的润湿性,测量凝胶与角膜的润湿性。
4、 新能源领域
分析电解液与石墨的润湿性,测量铝箔亲水性,测量包装膜表面亲水性,测量极耳的亲水性。在太阳能方面测量光纤、晶体、有机硅材料等润湿性,检测通讯基站部件户外防水性能。在半导体方向可以测量光刻胶与晶圆表面润湿、测量晶圆金手指等表面亲疏水性。
5、 其它领域
油墨印刷领域:测量油墨表面张力、界面张力,测量油墨与基材的润湿性;
粉末:测量粉体材料表面亲疏水性能,评估粉体材料润湿性,极性非极性的分布。
四、 可开展实验项目
1、 接触角的测量
2、 滚动角的测量
3、 表面张力、界面张力的测量
五、 可培训技能
静态接触角的测量
六、 具体操作规程
1、开机/关机
(1) 开机顺序:依次启动电脑主机、仪器主机、软件、打开镜头盖;
(2) 关机顺序:依次关闭软件、仪器主机、电脑,关闭镜头盖。
2、测试准备工作
(1)打开软件界面后,在操作窗口右侧点击ES1注射单元窗口,选择需要装载的注射器型号,玻璃ES-N-10,塑料ES-N-11。并选择合适直径的针头。
(2)安装针头前,注射器抽取试样液体,反复推拉保证没有气泡。
(3)装上针头后,调节注射单元滑块,将对应型号注射器的卡头和推杆卡在注射单元的凹槽中,上下贴紧后拧紧螺丝。调节注射单元的按钮,使注射器能推挤出液滴,表明注射器装载合适。
(4)固体样品放在样品台上,位置大致在针头正下方,调节位置使其出现在显示屏软件实时画面中。注意,固体样品离针头不要太近,避免注射液滴时碰到样品。
(5)手动调节注射单元和样品台的位置,要把针头调到软件实时窗口视野中央的上方,露出一部分即可。同时调节镜头的缩放倍率和焦距,使图像聚焦清晰,保证黑白对比度明显即可。
3、静态接触角测量
(1)参数设置。首先需在Live Video窗口中选择sessile drop,之后点击右侧ES1设置控制注射的体积、速率等相关参数。点击Dispense后,仪器就会按照设定的参数注射出液滴。
(2)测试图像拍摄。在注射出一个液滴后,调节注射器或样品台位置,让固体样品把液滴接下来。稳定后点击Snap抓拍键,便可得到一张图片以进行分析。
(3)基线校准。首先把窗口中的两条红线放到中间空白处,然后点击,软件便会自动检测基线,再通过鼠标以及键盘进行手动微调即可。
(4)图像拟合与接触角计算。打开Result Collection Window,为收集结果处理数据做准备。回到Live Video窗口点击默认椭圆法,对液滴的外观轮廓拟合。最后点击即可进行计算。
(5)结果保存。在Drop窗口中,点击File-Export-Bitma进行保存,若勾选Export graphical elements,则图片是带数据的;若保存数据,可直接在Result Collection Window中,将数据选中后,复制粘贴。
七、安全注意事项
(1) 注意用电安全;
(2) 在使用过程中严格遵守开关机顺序;
(3) 在安装针筒时动作幅度要小,避免损害仪器;
(4) 在放取样品以及拆卸及安装针筒的时候一定要在TV模式下进行,以免损伤针头或样品;
(5) 要根据所滴液体的性质选取不同的塑料或其它针筒,避免对针头造成损害或污染;
(6) 在液体滴落的过程中切勿用手去移动样品或触摸样品以免造成;
(7) 液体滴落完成后需要将针头的残留液处理干净,以免残留液体损害载物台;
(8) 再拷贝数据时一定要使用该仪器的专用U盘;
(9) 不要在全自动接触角测定仪专用的电脑上私自安装其他软件,以防电脑系统崩溃;
(10) 在仪器未使用时一定要用镜头盖将镜头盖住,以免损伤镜头。