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接觸角/表面張力測量儀

粉體樣品:60 元/樣(每樣品測一次);110 元/樣(每樣品測三次)薄膜樣品:50 元/樣(每樣品測一次);100 元/樣(每樣品測三次

全國服務熱線:

接觸角/表面(mian)張力測量(liang)儀Dataphysics OCA20,Dataphysics DCAT21、DSA100 等粉(fen)體樣品:60 /樣(每樣品測(ce)一(yi)次);110 元(yuan)/樣(yang)(每樣(yang)品測(ce)三(san)次)薄膜(mo)樣(yang)品:50 /樣(每(mei)樣品測一次);100 元(yuan)/樣(每樣品測三次)可測靜態接觸角,動態接觸角,滾動角,表面張力,界面張力,固體表面自由能等。

項目簡介

              測試步(bu)驟


不同的樣(yang)品類型測(ce)(ce)試(shi)步驟不一樣(yang),此(ci)測(ce)(ce)試(shi)大體測(ce)(ce)試(shi)步驟如下(僅供參考):

(1)塊體/薄膜樣品測試步驟
取合適尺寸的樣品,置于接觸角測試平臺,利用設備自動滴定系統滴上相應試劑(比如水滴),拍攝測試照片,用量高法/擬合法/量角法(處理方法根據實際情況來定)量取接觸角角度。
(2)液體樣品測試步驟
準備好所需的液體樣品,并確保其純度和穩定性。清洗固體試樣,確保其表面干凈無污染。將待測液體樣品滴在試樣表面上,注意滴液的量要適中,避免溢出。打開接觸角測量儀的軟件,并進行相關設置,如選擇合適的測量模式和參數。將測量儀的探針緩慢移動至液滴與試樣表面接觸的位置。等待一段時間,使液滴與試樣表面達到平衡狀態時進行測試。
(3)粉末樣品測試步驟

粉末需要壓(ya)片(pian)(pian),首先(xian)把(ba)壓(ya)片(pian)(pian)磨(mo)(mo)具(ju)清洗(xi)干(gan)凈并烘干(gan),向模具(ju)里均勻鋪(pu)散粉末樣品(pin),然后組裝好磨(mo)(mo)具(ju)放在壓(ya)片(pian)(pian)機上(shang)加壓(ya),最(zui)后泄壓(ya)打開磨(mo)(mo)具(ju),取(qu)下樣品(pin)放在載玻片(pian)(pian)上(shang)待(dai)測(ce)試。


測(ce)試目的及(ji)應用(yong)場景

接觸角/表面張力測量儀主要應用于液體對材料的接觸角的測量、表面處理工藝的檢測、表面潔凈度測試以及涂層工藝的粘附性和穩定性研究。
該測試應用廣泛,在材料科學、生物科學、環境科學等領域都有所應用,例如:
1.在材料科學中,廣泛應用于研究材料的潤濕性、附著性、粘附性等性質。例如,通過測量不同液體在不同材料表面上的接觸角,可以了解到這些液體對材料的浸潤性,從而預測材料在實際應用中的性能;
2.在生物科學中,也被廣泛應用。例如,通過測量細胞在不同材料表面上的接觸角,可以了解到細胞對材料的粘附性,這對于研究細胞的形態變化、功能表達等具有重要意義;
3.在環境科學中,也發揮著重要作用。例如,通過測量水滴在土壤、巖石等自然表面上的接觸角,可以了解到這些表面對水的吸附能力,從而評估土壤的保水能力和巖石的穩定性。


測(ce)試原理

測量儀的測試原理有以下幾種,分別是:
1.影像分析法:基于一特定的數學模型,如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測量特定的參數如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值,Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關系,可用來準確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓,從而計算出其接觸角。
2.插板法:固體板插入液體時,只有板面與液體的夾角恰好為接觸角時液面才直平伸至三相交界處,不出現彎曲,否則,液面將出現彎曲現象。因此,改變板的插入角度直至液面三相交界處附近無彎曲,這時,板面與液面的夾角即為接觸角。
3.三力測量法:將一個固體樣品板浸入測試液體中,由于液體的表面張力以及固體的表面自由能的作用,稱重傳感器會測到一個向下拉的力,具體計算公式如下:F=γlgcosθP。其中:P代表板的周長,如果知道此時測得的力是多少,我們就可以看出接觸角θ值。
4.透過測量法:在裝有粉末的管中固體粒子間的間隙相當于一束毛細管,毛細作用使可潤濕固體粉末表面的液體透入粉體柱中,由于毛細作用取決于液體的表面張力和對固體的接觸角,故測定已知表面張力液體在粉末柱中的透過性可以提供液體對粉末的接觸角。



結果展示

以(yi)下(xia)僅(jin)為(wei)結果(guo)(guo)僅(jin)為(wei)示例(li),具體(ti)以(yi)實(shi)際儀器測(ce)試結果(guo)(guo)為(wei)準:

1. 靜(jing)態接觸(chu)角:帶標(biao)注接觸(chu)角圖片

圖片關鍵詞

 

 

 

 

 

 

圖片關鍵詞

 

2. 動態接(jie)觸角:按(an)需提供視頻和截圖數據;

3.前(qian)進角/后(hou)退角/滾(gun)動(dong)角提供測試(shi)數值;

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4. 表/界(jie)面張力提(ti)供測(ce)試數(shu)值或軟件截圖;

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5. 固(gu)體(ti)表(biao)面能提(ti)供測試(shi)數值或軟(ruan)件截圖。

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樣品要求

1. 塊狀樣品/薄膜要求:測一次(ci)要(yao)求尺寸大于1cm*1cm 盡量平整,要(yao)平行測試請對應(ying)提供樣品(pin)數;

2. 粉末樣品要求:常需(xu)(xu)要(yao)壓片后測試,測量(liang)接觸角時(shi)可以(yi)直接測試,壓片測試需(xu)(xu)要(yao)提供(gong)100mg以(yi)上(或(huo)體積(ji)1ml以(yi)上);粉末直接測試不少(shao)于200mg;表界面張(zhang)力每種(zhong)液體樣品(pin)需(xu)(xu)要(yao)50 mL,太(tai)少(shao)可與項目經(jing)理溝通確認,固體樣品(pin)需(xu)(xu)要(yao)可以(yi)加熱融(rong)化;

3. 纖維要求:測試長度(du)不少于30cm;

4. 其它要求:測接(jie)觸角(jiao)常規介質(zhi)是(shi)水,如需其(qi)它試劑(ji)請自(zi)行提供,至少2ml。

 

常見問題

1. 接觸角相關定義是什么?

答:

靜態接觸角:當液體在固(gu)體表面達到平衡時,氣(qi)液的界線與液固(gu)的界線之間的夾角稱為(wei)接觸(chu)角,此時為(wei)靜態接觸(chu)角。

動態接觸角:一般是對(dui)于疏水材料(liao)而言。如(ru)果(guo)測量(liang)時(shi),液滴的三(san)相界面前沿(yan)正處于移(yi)動狀態,那么(me)這樣測量(liang)得到的接觸角值稱為(wei)動態接觸角。

前進/后退角:若表面是粗糙的或不均勻的,向液滴加入一點液體只會使液滴變高,周界不動,從而使接觸角變大,此時的接觸角稱為前進接觸角,簡稱前進角,用θA表示。若加入足夠多的液體,液滴的周界會突然向前蠕動,此突然運動剛要發生時的角度稱為最大前進角。若從液滴中取出少量液體,液滴在周界不移動的情況下變得更平坦。接觸角變小,此時的接觸角稱為后退接觸角,簡稱后退角,用θR表示。當抽走足夠多液體,流溢周界前沿會突然收縮。此突然收縮剛要發生時的角度稱為最小后退角。前進角往往大于后退角,兩者的差值稱為滯后角(Δθ=θA-θR),Δθ與液體在(zai)(zai)固體上(shang)的(de)附(fu)著力相關,表征(zheng)液滴在(zai)(zai)固體表面滾動的(de)難(nan)易程度(du)。接觸角(jiao)的(de)滯(zhi)后使液滴能穩定在(zai)(zai)斜面上(shang),這一事(shi)實證明,接觸角(jiao)滯(zhi)后的(de)原因(yin)是(shi)由(you)于液滴的(de)前沿存在(zai)(zai)著能壘。

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滾動角:滾動角用來描述液滴在固體表面的狀態。當一滴水放置在固體傾斜表面而達到一種滾動前的臨界狀態時,固體表面傾斜的角度就是滾動角(α)。另一種表述為:固-液界面擴展后測量的接觸角前進角和回縮后的測量值后退角存在差別,前進角往往大于后退角,兩者的差值叫做滾動角,滾動角的大小也代表了一個固體表面的接觸角滯后現象。觀察到的靜態接觸角可能位于由前移和后移接觸角所限定范圍θAθθR內的(de)任意位置。滾動(dong)角與滯后角息息相關,但(dan)是不完全相等(deng)。

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表面張力:由于液相(xiang)和氣相(xiang)的(de)(de)(de)密度差異,液體的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)層中的(de)(de)(de)分子,受到了(le)一個指向液相(xiang)內部并垂直于界面(mian)的(de)(de)(de)引力,使得液體表(biao)面(mian)就如張(zhang)緊的(de)(de)(de)彈性薄膜,在這張(zhang)薄膜上(shang)存在著收(shou)縮(suo)張(zhang)力,使液體表(biao)面(mian)有收(shou)縮(suo)到最小的(de)(de)(de)趨勢。單位(wei)長度上(shang)的(de)(de)(de)收(shou)縮(suo)張(zhang)力稱為(wei)表(biao)面(mian)張(zhang)力。

界面張力:高(gao)速離心法測試適用于原油類樣品,可以測試出(chu)超低界面張力。

表面自由能:表面(mian)能(neng)也叫(jiao)表面(mian)自由能(neng),只(zhi)能(neng)測試固體(ti),其固體(ti)表面(mian)能(neng)和固-液界面(mian)能(neng)只(zhi)能(neng)通過(guo)其他方法間接計(ji)算獲得。

2. 粉末樣品如何測試?

答:

(1)壓(ya)片(pian)制(zhi)備成類薄膜(mo)樣品(pin),按照(zhao)薄膜(mo)樣品(pin)測(ce)試。

測試(shi)中影(ying)響最大的(de)(de)因素就是測試(shi)面是否平整,一般用紅外的(de)(de)壓片機(ji)壓片,樣品有時(shi)出(chu)現粘接的(de)(de)壓片機(ji)模具的(de)(de)表面,取下來(lai)時(shi)導致測試(shi)面不平整,可以在測試(shi)面墊加稱量紙就行壓片。

(2)直接測試(shi)(Washburn法)

Washburn法用于測定多孔物質的接觸角和表面自由能例如(ru)(ru)塊狀粉(fen)(fen)(fen)末或(huo)者染料,可吸(xi)收物質,如(ru)(ru)紙和布料。固(gu)體(ti)(ti)(ti)粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)(ti)間的(de)空隙相當(dang)于(yu)一束毛(mao)(mao)細管(guan),當(dang)把(ba)管(guan)子插入(ru)待測液時,由于(yu)毛(mao)(mao)細作(zuo)用(yong)液體(ti)(ti)(ti)能(neng)自發滲透進入(ru)到粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)(ti)柱中。毛(mao)(mao)細作(zuo)用(yong)取決(jue)于(yu)液體(ti)(ti)(ti)的(de)表面張力和固(gu)體(ti)(ti)(ti)的(de)接(jie)觸角,因(yin)此通過(guo)測定已知表面張力液體(ti)(ti)(ti)在粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)(ti)柱中的(de)透過(guo)情況就可以(yi)得(de)(de)到有關(guan)該液體(ti)(ti)(ti)對粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)(ti)的(de)接(jie)觸角。本(ben)身也(ye)有不(bu)足之處,即粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)(ti)柱的(de)等(deng)效毛(mao)(mao)細管(guan)半徑與(yu)粒(li)子大小(xiao)、形狀和填裝緊密程度(du)有關(guan),所得(de)(de)曲線線性一般不(bu)理想。要想用(yong)此方(fang)(fang)法(fa)得(de)(de)到相對準確的(de)結果就需(xu)要每次實驗粉(fen)(fen)(fen)末樣品和裝柱方(fang)(fang)法(fa)、粉(fen)(fen)(fen)末緊密程度(du)必(bi)須相同(tong);另(ling)一方(fang)(fang)面,當(dang)液體(ti)(ti)(ti)的(de)重力相對于(yu)Laplace壓力差不(bu)能(neng)被(bei)忽(hu)略(lve)時,就會帶來比較大的(de)誤差。具(ju)體(ti)(ti)(ti)可參考

 

3. 纖維樣品如何測試接觸角?

答:纖維類樣品的測試方法:傳統的Wilhemy Plate方法(也稱為吊片法)被用來測量液體的表面張力:當一塊/片規則的金屬薄板/片,在經過表面粗糙化處理后,被伸入到液體相時,它受到液體表面張力對其施加的作用力F的作用,后者可以通過稱量確定。這里γ為液體的表面張力(待測量),l為液體潤濕金屬薄板的總周長(可以通過測量已知表面張力的液體確定或直接通過對薄板幾何尺寸的測量經計算獲得),θ是液體在薄板表面的接觸角值。測量時,假設接觸角值為零,可以通過獲得的F值由計算出γ值,通過測量獲得的作用力F,在已知液體的表面張力值γ和液體潤濕總周長l時,可以計算得到接觸角值θ。

4. 接觸角和液體體積大小有關系嗎?

答:理(li)論上沒有(you),現實中存在(zai)(zai)微弱關系。隨著(zhu)液(ye)滴(di)(di)體(ti)(ti)積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增大,重力(li)對(dui)液(ye)滴(di)(di)形(xing)狀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響也越(yue)明顯(xian),使得液(ye)滴(di)(di)偏離球形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度越(yue)來(lai)越(yue)顯(xian)著(zhu),但這(zhe)一(yi)(yi)切(qie)并(bing)不(bu)(bu)應該對(dui)液(ye)滴(di)(di)在(zai)(zai)固(gu)體(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)自(zi)動產生(sheng)影(ying)(ying)響。從熱力(li)學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)度來(lai)看,接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值取(qu)決于液(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)、固(gu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)自(zi)由能(neng)、液(ye)體(ti)(ti)/固(gu)體(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互作用(液(ye)/固(gu)-界面(mian)張力(li))。在(zai)(zai)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(溫(wen)度、壓力(li)、濕度、氣氛等)下,前(qian)面(mian)提及(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)三個量是(shi)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),所(suo)以(yi)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值也應該是(shi)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。但由于表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)完美性(xing),即(ji)使在(zai)(zai)指(zhi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下,(所(suo)謂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)靜態)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值往往也可(ke)以(yi)在(zai)(zai)一(yi)(yi)范圍內變化(hua)(hua),而體(ti)(ti)積(ji)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)(di)可(ke)能(neng)展現這(zhe)一(yi)(yi)范圍內不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值,使得測量結(jie)果發生(sheng)細微變化(hua)(hua)。至于體(ti)(ti)積(ji)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)(di)是(shi)否會有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾向(比(bi)如體(ti)(ti)積(ji)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾向于擁有(you)這(zhe)一(yi)(yi)范圍數值較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)值),這(zhe)一(yi)(yi)點(dian)目前(qian)還(huan)缺乏(fa)研究。一(yi)(yi)般情況下,測試接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)(di)體(ti)(ti)積(ji)是(shi)2-10 μL,若對(dui)液(ye)滴(di)(di)體(ti)(ti)積(ji)有(you)其他(ta)要求,可(ke)查閱文獻資(zi)料進行確(que)定。

參考文獻:(1) Acta Agriculturae Zhejiangensis 2019, 31(6): 986 -995.  (2) Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2021, 619, 126503. (3) Journal of Colloid Interface Science 1993, 155, 379-385.

5. 如何衡量/檢測接觸角測量的準確性?

答:測(ce)量(liang)都是建(jian)立(li)在某一模型的基礎上(shang),測(ce)量(liang)的準(zhun)(zhun)確性首先取(qu)決于(yu)采用的模型在多大程度上(shang)與實(shi)際被測(ce)量(liang)體系相符合(he):符合(he)程度越高,測(ce)量(liang)的準(zhun)(zhun)確性也就(jiu)越高。反之,即使測(ce)量(liang)的重復性再好,其數值(zhi)的準(zhun)(zhun)確性(與真實(shi)數值(zhi)的偏(pian)差(cha))也不(bu)可能(neng)得到(dao)保證。

視(shi)頻光(guang)學(xue)法測量接觸(chu)(chu)角的(de)一(yi)個默認的(de)前(qian)提(中(zhong)心軸對(dui)稱性(xing))和必要的(de)模型假設(液滴(di)或液面(mian)輪廓走(zou)向函(han)數(shu))。采(cai)用的(de)液滴(di)或液面(mian)輪廓走(zou)向函(han)數(shu)的(de)模型與(yu)真實情(qing)況的(de)相符(fu)合(he)性(xing)在很(hen)大程度上直接決定了最終測量得到的(de)接觸(chu)(chu)角的(de)準確性(xing)。

6. 表面張力和界面張力有何不同?

答:液體(ti)的(de)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)是(shi)在空(kong)氣(qi)中測得的(de),而界(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)則是(shi)兩種不互溶(rong)的(de)液體(ti)(例如水(shui)和油)之(zhi)間(jian)的(de)張(zhang)力(li),兩種互溶(rong)的(de)液體(ti)之(zhi)間(jian)沒有界(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)。

7. 表面張力的測試方法主要有哪些?

答:

(1)掛環法(Du Nouy Ring method):這(zhe)可(ke)(ke)能是測(ce)量表面(mian)/界面(mian)張力(li)的(de)(de)(de)最經(jing)典方法,文獻上報道的(de)(de)(de)許多液(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)表/界面(mian)張力(li)值是用這(zhe)一(yi)方法測(ce)得,它(ta)甚(shen)至可(ke)(ke)以在很難浸濕(shi)的(de)(de)(de)情況下被使用。用一(yi)個初始浸在液(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)環(huan)從(cong)液(ye)(ye)體(ti)(ti)中拉(la)出一(yi)個液(ye)(ye)體(ti)(ti)膜(類似(si)肥皂泡),同時(shi)測(ce)量提高(gao)環(huan)的(de)(de)(de)高(gao)度時(shi)所(suo)需(xu)要施加的(de)(de)(de)力(li)。

(2)威廉米平板法(Wilhelmy Plate method):也叫做吊片法,這(zhe)是一種很普(pu)遍的(de)(de)測量(liang)方法,尤其(qi)(qi)(qi)適用于長時間(jian)測量(liang)表面張(zhang)力(li)的(de)(de)測量(liang),測量(liang)的(de)(de)量(liang)是一塊垂直于液面的(de)(de)平(ping)(ping)板(ban)(ban)在浸濕過程中所受的(de)(de)力(li)。用這(zhe)種方法只需要提供(gong)足量(liang)體積(ji)的(de)(de)液體即可,無需提供(gong)其(qi)(qi)(qi)他參數。其(qi)(qi)(qi)實(shi)也可以用其(qi)(qi)(qi)它幾何(he)形(xing)狀的(de)(de)探針(zhen)如圓棒,球等(deng)來代替(ti)平(ping)(ping)板(ban)(ban),測量(liang)原理相同,被稱(cheng)為(wei)改進威廉米平(ping)(ping)板(ban)(ban)法。

(3)懸滴法:是(shi)一(yi)種(zhong)界面(mian)形狀分(fen)析(xi)(xi)法,基于(yu)對(dui)一(yi)處于(yu)力(li)平衡狀態的(de)界面(mian)形狀的(de)分(fen)析(xi)(xi),是(shi)一(yi)種(zhong)光(guang)學分(fen)析(xi)(xi)法適用于(yu)界面(mian)張力(li)和表面(mian)張力(li)的(de)測量(liang),也可以(yi)在(zai)非常高(gao)的(de)壓力(li)和溫度(du)下進行測量(liang),在(zai)進行測量(liang)時,需要(yao)知道兩相(xiang)物質以(yi)及它們的(de)密度(du)。


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