接觸角測量儀或水滴角測量儀的應用包括:
1、仿生材料的接觸角或水接觸角測量:主要用于評估固體材料的超疏水性,如仿荷葉效應、水稻葉等。
2、材料表面清潔度分析,如評估液晶屏、OLED、晶圓(wafer)、硅片、半導體、PCB等材料的水接觸角值或水滴角值測量。
3、材料表面改性,如將親水材料改成疏水材料或改材料為超親水材料。
長期以來,接觸角或水滴角或水接觸角的測量均是借用數碼量角器的儀器進行分析的。最早的歷史可至1943年Zisman教授團隊的顯微量角法開始,直至20世紀80年代發現了計算機的圓擬合、橢圓擬合、曲線擬合(切線法)等可以量測角度以后,數碼量角器法一直被用戶所使用至今。但是,由于技術的進步以及科技的發展,量角器法的局限性顯得越來越跟不上形勢。至20世紀90年代,以A.W.Neumann教授團隊為主的專家提出擬合Young-Laplace方程擬合法可以采用影像原理分析液體的表面張力值以及液液的界面張力值,進而通過分析過程可以發現,在分析中同時可以分析得到相應的接觸角值。因而,出現了相應的采用Young-Laplace方程的商業化的接觸角測量儀或水滴角測量儀。至此,接觸角測量儀或水滴角測量儀從此從量角器法真正進入界面化學分析的階段。
一系列頂視法的接觸角測量圖譜中可以很明確的看出:
1、從材料本身來講,很難找到表面不存在粗糙度、化學多樣性或異構性的樣品。而正是由于這些因素的影響,很難出現接觸角液滴從頂視時呈現正圓的圖像。
2、3D接觸角測量是表征材料物理化學性質的最好方法。而3D接觸角的最基本的要求是能夠分析接觸角值的左、右區別。
3、通過阿莎算法(ADSA-RealDrop)對于左、右角度值的評估,可以判斷材料本身的接觸角滯后現象或3D接觸角現象。
4、樣品臺或樣品上表面的傾斜情況同樣會影響液滴左、右角度值的變化。因而,從硬件要求來講,樣品臺面獨立調整水平的要求度會非常高,而不能夠僅僅通過簡單的四腳調整水平功能實現樣品臺面的調整,這個是完全不講科學的做法。
5、頂視法(ADSA-D)的應用局限性在于無法準確采用哪個位置的直徑或相關參數估算出邊界條件中的體積值,因而,常規的平均體積法原則或最小二乘后體積估算原則在分析ADSA-D算法的接觸角值時存在一定的缺陷。ADSA-D是理想條件下的接觸角分析。與常規的Young-Laplace方程擬合法(軸對稱或ADSA-P)一樣,無法作為現代先進接觸角算法來對待。
6、從目前為止來講,鏡頭俯視以樣品臺面的傾斜均會明顯影響接觸角分析結果6-9%甚至更高。而二維條件的玻璃校準板無法準確檢測出3D狀態下的接觸角測量儀器的準確性,同時,大部分接觸角測量儀即使采用了3D紅寶石球工具校準儀器,但由于缺少如上4所提及的樣品臺面以及鏡頭各自獨立的微分頭控制二維水平調整結構,因而,這些儀器是根本無法校準。只能是加工成什么精度就是什么精度,且這個精度無從考評,無法保證其他什么。
【接觸角測量儀】影像分析法接觸角測量儀的系統構成