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我們選用的常用的接觸角儀通常為影像分析法接觸角儀。而至于透過高度和稱重法接觸角儀均為接觸角儀，其應(yīng)用非常明顯。如您測(cè)試的是纖維的接觸角值、想用稱重法測(cè)接觸角值，那么您選購一臺(tái)由表面張力測(cè)試技術(shù)（液體表面張力儀）的表面張力儀即可，如C20系列型（國(guó)產(chǎn)儀器，關(guān)鍵部分為進(jìn)口技術(shù)的傳感器）或K100（德國(guó)）或SIGMA700型（芬蘭）。而本文中，我們重點(diǎn)給您談的接觸角分析技術(shù)是影像法中接觸角的分析技術(shù)。而這個(gè)，恰恰是以來被客戶所忽視的。

我們通常說選購一臺(tái)接觸角儀，就以為其一定會(huì)采用什么什么分析技術(shù)，但是由于技術(shù)實(shí)力的因素，事實(shí)上，接觸角儀與接觸角儀之間，也會(huì)因接觸角分析技術(shù)的存在而相當(dāng)很遠(yuǎn)。我們希望您能夠認(rèn)真的研究一下下面我們的陳述。或許對(duì)您選購接觸角儀有相當(dāng)幫助。

一、概述

200年來，潤(rùn)濕現(xiàn)象作為科學(xué)研究引起了科研工作者很多關(guān)注，特別是近年粉體科學(xué)，納米科學(xué)的發(fā)展，為潤(rùn)濕現(xiàn)象的研究提供了更廣泛的學(xué)術(shù)氛圍。1805年，楊（Thomas Young）提出了楊氏三角方程為我們研究潤(rùn)濕現(xiàn)象，特別是固體材料的表面、界面現(xiàn)象提供了為有用的科學(xué)工具。

但是，作為潤(rùn)濕現(xiàn)象的一種研究方法，接觸角的研究以來一直停留在某個(gè)階段。從儀器開發(fā)商的角度而言，上海梭倫科技基于服務(wù)國(guó)內(nèi)外接觸角儀應(yīng)用的客戶的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，經(jīng)美國(guó)哈佛材料學(xué)院授權(quán)，提升了我們的研究實(shí)力，現(xiàn)自主開發(fā)了CAST系列的接觸角分析軟件。作為軟件分析的者，上海梭倫科技在接觸角分析領(lǐng)域取得了舉足的。

二、接觸角分析技術(shù)所依據(jù)的成像硬件。

硬件的設(shè)計(jì)主要影響到接觸角分析過程的成像效果。通常，我們認(rèn)為，機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)影響到操作的簡(jiǎn)易性及二次污染程度。比如，是否由于手接觸角樣品而影響到接觸角的測(cè)值；操作儀器是否會(huì)人性化等。更為關(guān)鍵的是光源控制和CCD與鏡頭的結(jié)合程度。這些是影響到接觸角測(cè)值的關(guān)鍵因素。但是，正是在這些基本的設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)外的接觸角儀的設(shè)計(jì)就大相徑庭。

三、接觸角分析技術(shù)的發(fā)展階段

接觸角分析技術(shù)指成像后對(duì)圖像進(jìn)行分析并測(cè)值接觸角值的技術(shù)。以來，接觸角分析技術(shù)一直沒有得到廣大用戶的重視。但是，在接觸角儀主機(jī)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性與成像效果解決的前提下，接觸角分析技術(shù)恰是接觸角儀的核心，可以說，接觸角分析技術(shù)是接觸角儀核心的核心。

*階段：以小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù)。

1953年左右為開始階段的接觸角分析技術(shù)通常均采用小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù)。這種技術(shù)國(guó)外稱為θ/2法，國(guó)內(nèi)稱為量高法。其基本假設(shè)為，液滴在固體表面呈現(xiàn)的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球冠，接觸角儀成像系統(tǒng)所得為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的弧形。此時(shí)，接觸角（切線與底邊的夾角）正好可以通過計(jì)算弧形的高度與寬度后取反三角函數(shù)取得。

本項(xiàng)技術(shù)由于操作簡(jiǎn)便性而得到了廣大儀器廠商的廣泛采用。而作為儀器而言，本階段的儀器在的通稱上應(yīng)該定義為角度分析儀或量角器。目前常見的儀器（不包括上海梭倫）即在這個(gè)階段，我們僅僅能夠稱之為量角器而已。談上分析接觸角值的精度，如一些廠家標(biāo)稱的0.01度的精度，這是不可能的事情。我們認(rèn)為，這個(gè)方法僅僅能夠做到1度的誤差，且這是在15度以上，15度以下的接觸角值時(shí)，誤差通常為2度左右。所測(cè)接觸角值越低，這個(gè)誤差也就越大。接觸角值越大，這個(gè)誤差就越小。

如果客戶現(xiàn)在選購接觸角儀，可能還必須考慮一下采用的接觸角儀中是否含有本方法。這主要是因?yàn)楹芏鄥⒖嘉墨I(xiàn)中事實(shí)上就是以本方法來測(cè)值并公布數(shù)據(jù)的。

但是，這種方法的缺點(diǎn)是非常顯然的。

*、無法更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)值。自動(dòng)化測(cè)值的關(guān)鍵技術(shù)在于敏感點(diǎn)的找得。而敏感點(diǎn)因成像的不同而會(huì)有不同的呈現(xiàn)。作為儀器廠商，上海梭倫科技CAST2.0解決了敏感點(diǎn)找得的90%的技術(shù)，已經(jīng)于世界。在LCD、薄膜、玻璃等表面，CAST2.0已經(jīng)解決了自動(dòng)測(cè)得接觸角難點(diǎn)。

第二、是否是球冠受重力影響。液體量的大小不同受的重力不同，直接影響到球冠的符合程度。事實(shí)上，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者均不會(huì)接受這個(gè)小球冠的假設(shè)。而我們認(rèn)為，如果考慮重復(fù)性，建議客戶考慮幾次液滴的量的控制，這樣至少可以理論上認(rèn)為幾次的成形是一致的。

第三、像素多少直接影響到測(cè)值的精度。通常國(guó)內(nèi)許多廠商采用低分辨率的成像系統(tǒng)，會(huì)直接影響到這個(gè)計(jì)算精度。

作為量高法的一個(gè)變換，上還有一種方法，角度分析法。國(guó)內(nèi)稱為量角法。這種方法是直接以一個(gè)十字形去靠液滴而得到角度。他們或同量高法或同角度分析，但不會(huì)改變其本質(zhì)，即仍建立在小球冠假設(shè)的基礎(chǔ)。且這種方法誤差較大，只能是原始的角度儀的代稱。

第二階段：簡(jiǎn)單擬合曲線的接觸角分析技術(shù)：基于真實(shí)液滴的技術(shù)的簡(jiǎn)單階段

本階段的特點(diǎn)正突出在認(rèn)識(shí)到了小球冠假設(shè)有失效性，試圖通過擬合曲線來分析接觸角值。德國(guó)和日本均采用過本技術(shù)，包括：（1）切線法；（2）大圓符合法。
切線法的理念在于用一個(gè)橢圓方程或一個(gè)三項(xiàng)式方程去擬合液滴在固體表面形成的圖像輪廓，來計(jì)算接觸角值。而大圓符合法的理念是認(rèn)為小球冠假設(shè)中形成的圖像不是正弧形，該方法就會(huì)以一個(gè)大的圓去擬合曲線，然后計(jì)算接觸角值。
顯然，作為分析技術(shù)，這些方法是對(duì)于小球冠分析法的一個(gè)簡(jiǎn)單的被充，但是這些方法的發(fā)展思路為解決接觸角分析提供基礎(chǔ)。
上海梭倫科技CAST2.0接觸角分析系統(tǒng)提供了大圓符合法這項(xiàng)技術(shù)，以解決用戶測(cè)值的部分困難。

第三階段：Young-Laplace曲線擬合法接觸角分析技術(shù)：基于數(shù)學(xué)模型的技術(shù)
1991年左右開始，國(guó)外發(fā)展了本方法?，F(xiàn)有的國(guó)外接觸角儀通常均采用這個(gè)方法。這種方法是為復(fù)雜的一個(gè)方法，但是也是化的一個(gè)方法。其前提必須是建立在Young－laplace方程的基礎(chǔ)上對(duì)接觸角進(jìn)行分析。由于這種方法要分析整個(gè)液滴曲線，所以會(huì)受到液滴因重力變化而導(dǎo)致的曲線變化的影響。但本方法具有全自動(dòng)計(jì)算接觸角值的特殊優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
本方法的缺點(diǎn)在于：
（1）嚴(yán)格的理論假設(shè)：本方法建立在理想化的公式的基礎(chǔ)上，而如果事際測(cè)得圖像有所變化，會(huì)明顯影響到測(cè)值的性。
（2）只能測(cè)試30度以上的接觸角值
（3）嚴(yán)格的對(duì)稱圖像假設(shè)。本理論是建立有嚴(yán)格的對(duì)稱圖像的假設(shè)的基礎(chǔ)上的。若左右接觸角有所變化，則測(cè)值會(huì)有所影響。
（4）受液體表面張力的影響。由于液體表面張力值會(huì)參與到計(jì)算中，所以，實(shí)際液體的表面張力值與參與計(jì)算的液體的表面張力值是否相同將會(huì)嚴(yán)重影響到后的測(cè)值性。

第四階段：復(fù)雜的圖像擬合技術(shù)與液滴輪廓分析技術(shù)
本項(xiàng)技術(shù)為2006年研研究技術(shù)。本項(xiàng)接觸角分析技術(shù)包括兩個(gè)部分：
1、圖像擬合技術(shù)：采用曲線尺的方法擬合液滴曲線；
2、基于液體輪廓和固液表面自由能體系，構(gòu)建輪廓分析技術(shù)。
上海梭倫科技在接觸角分析技術(shù)上取得了突破性發(fā)展。我們不依據(jù)任何理論假設(shè)，基于實(shí)際圖像成像，采用曲線尺擬合的方法分析接觸角值。在本方法中，我們把曲線定義為一個(gè)不均均的多花鍵組成的曲線尺，建立在圖像分析中立體花鍵的分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合曲線的彈性（像素離形性）以及內(nèi)聚力（固液體系分子內(nèi)聚力），分析接觸角值。
采用本方法，我們真正實(shí)現(xiàn)了分析各種形狀的接觸角值，包括前進(jìn)、后退角，不規(guī)則圖像的接觸角等。測(cè)值范圍護(hù)大到4-180度，精度可真正達(dá)到0.02度。
您可以采購CAST3.0接觸角分析軟件，享受上海梭倫科技為您提供的接觸角分析技術(shù)。

同時(shí)，結(jié)合原有接觸角分析技術(shù)，上海梭倫科技研究出了一種基于液體體積與接觸角液滴的直徑而計(jì)算得出接觸角值的技術(shù)。這個(gè)技術(shù)能夠解決小接觸角測(cè)試問題。通常精度可以達(dá)到0.04度。

四、現(xiàn)有接觸角儀應(yīng)用的接觸角分析技術(shù)分析
基于我們的分析，結(jié)合現(xiàn)有接觸角分析技術(shù)，我們認(rèn)為國(guó)內(nèi)外的接觸角儀所應(yīng)用的分析技術(shù)基本可以總結(jié)如下：
1、簡(jiǎn)單的角度分析儀階段：主要指國(guó)內(nèi)的接觸角儀，如上海中晨和承德、北京哈科等。他們的分析方法只是簡(jiǎn)單的角度分析，全基本無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)接觸角計(jì)算。
2、標(biāo)準(zhǔn)接觸角儀階段：國(guó)外的接觸角儀包括德國(guó)、美國(guó)FTA、韓國(guó)SEO的儀等均是采用第三階段的接觸角分析技術(shù)和第二階段的接觸角分析技術(shù)。國(guó)內(nèi)CAST2.0是第二階段的接觸角儀。
3、接觸角儀階段：上海梭倫*提供曲線尺與液滴外形輪廓分析技術(shù)，提升了接觸角分析的精度與準(zhǔn)度。

總結(jié)而言，接觸角的計(jì)算辦法基于如下：
1、數(shù)學(xué)模型（圓方程、θ/2法、young-lapalace方程擬合）
2、真實(shí)液滴外形分析（簡(jiǎn)單的橢圓擬合、曲線尺）

而我們有理由相信，基于兩者結(jié)合的CAST2.0的技術(shù)是世界的技術(shù)。真實(shí)液滴技術(shù)以及二次擬合技術(shù)（*次擬合完成后，如果發(fā)現(xiàn)擬合誤差，可以調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行二次重新擬合），真正解決了一直以來接觸角測(cè)值困難的問題。