接触角的测定

接触角测定仪的原理
接触角测定仪是一种用于测量液体与固体界面上接触角的仪器。

其原理基于Young-Laplace方程和浸润理论。

Young-Laplace方程描述了液体在固体表面上的压力分布，表达式为：
P = P₀+ γ(1/R₁+ 1/R₂)
其中，P是液体在界面上的压力，P₀是液体的大气压力，γ是液体的表面张力，R₁和R₂分别是液体与固体表面上的两个主曲率半径。

根据浸润理论，当液体与固体表面完全不相互湿润时，接触角为180，称为完全不湿润状态。

当液体与固体表面完全湿润时，接触角为0，称为完全湿润状态。

在这两个极端之间的接触角可以用来表征液体与固体之间的亲疏程度。

接触角测定仪通过将液滴滴在固体表面上，观察液滴的形态并测量接触角来确定液体与固体的亲疏性。

一般来说，接触角测定仪包括一个装置用于生成液滴，一个显微镜用于观察液滴的形态，以及一个测量系统用于测量接触角。

测量接触角的常用方法有静态接触角法和动态接触角法。

静态接触角法是在液滴静止时测量接触角，而动态接触角法是在液滴运动时测量接触角。

根据测量原理和仪器的设计，接触角测定仪可以有不同的工作原理和测量精度。

需要注意的是，接触角受到多种因素的影响，包括液体性质、固体表面性质、温度、湿度等。

因此，在使用接触角测定仪进行测量时，需要控制这些因素以确保测量结果的准确性。

接触角测试标准接触角测试是一种常见的表面性质测试方法，通过测试液体在固体表面的接触角来评估表面的亲水性或疏水性。

接触角测试广泛应用于材料科学、表面工程、涂料、油墨、纺织品、医疗器械等领域。

在进行接触角测试时，需要严格遵守相关的测试标准，以确保测试结果的准确性和可比性。

一、测试仪器和设备。

在进行接触角测试时，需要使用专业的接触角测试仪器，如旋转滴定仪、静态接触角仪等。

这些仪器通常配备有高精度的摄像头和图像分析软件，能够实时捕捉液滴在固体表面的形态，并计算出接触角的数值。

在选择测试仪器时，需要考虑样品的大小、形状、表面性质等因素，以确保测试的准确性和可重复性。

二、样品准备。

在进行接触角测试之前，需要对样品进行准备。

首先，需要确保样品表面干净、平整，没有杂质和污染物。

其次，需要根据测试要求选择合适的测试液体，常用的测试液体有水、甘油、二甲基硅油等。

在选择测试液体时，需要考虑样品的表面性质和测试的目的，以确保测试结果的准确性和可比性。

三、测试方法。

接触角测试通常包括动态接触角测试和静态接触角测试两种方法。

动态接触角测试是通过测量液滴在固体表面的滚动角速度来计算接触角，适用于表面能较低的样品。

静态接触角测试是通过测量静止液滴在固体表面的接触角来评估表面的性质，适用于表面能较高的样品。

在进行测试时，需要根据样品的特点选择合适的测试方法，并严格按照相关的测试标准进行操作。

四、数据分析。

在完成接触角测试后，需要对测试数据进行分析。

通常可以通过图像分析软件测量液滴的形态和接触角的数值，也可以通过数学模型计算表面的能量和粗糙度等参数。

在数据分析过程中，需要注意排除测试误差和干扰因素，确保测试结果的准确性和可靠性。

五、测试标准。

在进行接触角测试时，需要严格遵守相关的测试标准。

不同的行业和应用领域通常有相应的测试标准，如ASTM、ISO、GB等。

在选择测试标准时，需要考虑样品的特点和测试的目的，以确保测试结果的准确性和可比性。

光学接触角测量仪器（亦称水滴角测量仪）被广泛用于表界面研究的科研、开发和质量控制.可以帮助您轻松准确地表征您所需了解的表面情况，从而节省您宝贵的时间和经费.从领先的研究到快速精准的质量控制，Attension光学接触角测量仪系列产品使这些应用简单可行.系列产品的多功能性，能满足您需要的所有产品特性.测定接触角的方法有多种，但可分为二类.一类是直接法、即直接测量接触角的大小;另一类是间接法、即通过其它物理量的测定以及该物理量与接触角之间的定量关系来计算出接触角的大小、常用测定物理量是长度及质量.第一类方法精度由测角器所決定;第二类则不但由测定长度或质量的仪器精度.而且还由它们间的定量关系式的准确度所決定.1、长度测量法.直接法测口往往要先确定切线的位置，要做到准确就比较困难.采用长度测量法便能避免之.例如将液滴滴在固体表面上并拍下照片，只要测定液摘与平面接触面的半径和其高度.2、直接测量法.这是广泛使用的方法，它是将液滴所成的角即为接触角.用测角器读取的方法可得到精度为土1度.3、重量测量法.它是利用测定表面张力的平板法来，上述都是测量固体平面值的方法，对于固体粉末，先将固体粉末压制成一多孔塞，测定将液体压入〔不润湿固体粉未)或者压出(润湿固体粉末)所需的压力，就可计算出拒水织物作为功能纺织品的一个大类，在日常生活中的应用越来越多，因而进一步提高对其拒水性能检测的准确性、重现性和快速性变得尤其重要.采用接触角表征织物拒水性能更准确，在液滴接触角测量方法中，常用的是量高法和量角法.实际测试中发现，这2种方法測量的结果有比较大的误差，但产生误差的原因至今不详.接触角测量时需注意什么？1、液滴量在2-5微升之间，大多会受重力影响导致水滴变形，太少液滴无法滴落下来，导致不能接液进行测试.2、光源明暗度需根据实际操作情况调节，太亮会导致液滴外轮廓不清晰，太暗则导致液滴变大或才周围太多黑点，影响测试数据的准确性.3、基线位置，原则上是自动找出基线进行测试.特殊情况无法识别出基线的，需要操作人员手动找寻基线.4、任何一台仪器都不是完美的，只能大限度的保证测试数据接触真实的角度，仪器本身的能力和测量的方法都会影响接触角数据，特别是疏水和亲水性强的材料测试数据.。

接触角的测定实验报告思考题思考题：请简要解释接触角的概念是什么？接触角是指液体与固体之间界面上形成的一个角度，它表示了液体在固体表面上展开的能力。

接触角的大小取决于液体和固体之间的相互作用力，以及表面张力等因素。

在实验中，我们使用哪些方法来测定接触角？这些方法各有什么优缺点？常见的测定接触角的方法有：直接测量法：通过直接测量液体滴在固体表面形成的三相交界线的角度。

优点是简单易行，可以得到准确的接触角值。

缺点是对于不透明的固体或粘稠的液体较难应用。

静滴法：将液体滴在固体表面，在平衡状态下测量液滴的形状并计算接触角。

优点是可适用于不同类型的液体和固体，并且测量过程相对简单。

缺点是需要等待一段时间使液滴达到平衡状态。

斜滴法：将液体放置在斜面上，通过测量液滴的形状来计算接触角。

优点是测量过程简单，可以避免液滴在竖直方向的重力影响。

缺点是需要使用斜面装置，并且对于粘度较高的液体可能不适用。

实验中可能会影响接触角测定结果的因素有哪些？如何减小这些误差？影响接触角测定结果的因素包括：表面污染：固体表面的污染物、灰尘或化学物质可能会改变液滴的形状，从而影响接触角测量结果。

应保持实验环境干净，并清洁固体表面。

液滴形状的不规则性：液滴的不均匀性或不规则形状可能导致接触角的测量不准确。

应选择合适大小和形状的液滴，并确保液滴均匀地附着在固体表面上。

温度影响：温度的变化可能会影响液体的表面张力和黏度，从而影响接触角的测量结果。

应控制实验温度，并进行温度校正。

人为误差：操作者的技术水平和主观判断可能引入误差。

应进行多次测量并取平均值，同时注意操作的一致性。

为减小这些误差，可以采取清洁固体表面，避免表面污染。

使用精密仪器和辅助设备来获得准确的液滴形状和角度测量。

控制实验温度，并进行温度校正。

进行多次测量并取平均值，以减小人为误差的影响。

接触角的测定在哪些领域中有重要应用？请举例说明。

接触角的测定在许多领域中具有重要应用，例如：材料科学：用于评估材料表面的润湿性能和液体与固体界面相互作用的性质。

液-固界里交战角的丈量真验报告之阳早格格创做一、真验手段1. 相识液体正在固体表面的潮干历程以及交战角的含意与应用.2. 掌握用JC2000C1静滴交战角/界里弛力丈量仪测定交战角战表面弛力的要领.二、真验本理潮干是自然界战死产历程中罕睹的局里.常常将固-气界里被固-液界里所与代的历程称为潮干.将液体滴正在固体表面上，由于本量分歧，有的会铺展启去，有的则粘附正在表面上成为仄凸透镜状，那种局里称为潮干效率.前者称为铺展潮干，后者称为粘附潮干.如火滴正在搞洁玻璃板上不妨爆收铺展潮干.如果液体没有粘附而脆持椭球状，则称为没有潮干.如汞滴到玻璃板上或者火滴到防火布上的情况.别的，如果是能被液体潮干的固体真足浸进液体之中，则称为浸干.上述百般典型示于图1.图1 百般典型的潮干当液体与固体交战后，体系的自由能落矮.果此，液体正在固体上潮干程度的大小可用那一历程自由能落矮的几去衡量.正在恒温恒压下，当一液滴搁置正在固体仄里上时，液滴能自动天正在固体表面铺展启去，或者以与固体表面成一定交战角的液滴存留，如图2所示.图2 交战角假定分歧的界里间力可用效率正在界里目标的界里弛力去表示，则当液滴正在固体仄里上处于仄稳位子时，那些界里弛力正在火仄目标上的分力之战应等于整，那个仄稳闭系便是出名的Young圆程，即γSG- γSL= γLG·cosθ(1)式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气战固-液界里弛力；θ是正在固、气、液三相接界处，自固体界里经液体里里到气液界里的夹角，称为交战角，正在0o-180o之间.交战角是反应物量与液体潮干性闭系的要害尺度.正在恒温恒压下，粘附潮干、铺展潮干历程爆收的热力教条件分别是：粘附潮干W a=γSG-γSL+γLG≥0(2)铺展潮干S=γSG-γSL-γLG≥0 (3)式中W a，S分别为粘附潮干、铺展潮干历程的粘附功、铺展系数.若将(1)式代进公式(2)、(3)，得到底下截止：W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ)(4)S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上圆程证明，只消测定了液体的表面弛力战交战角，即不妨估计出粘附功、铺展系数，从而不妨据此去推断百般潮干局里.还不妨瞅到，交战角的数据也能动做判别潮干情况的依据.常常把θ＝90°动做潮干与可的界限，当θ＞90°，称为没有潮干，当θ＜90°时，称为潮干，θ越小潮干本能越好；当θ角等于整时，液体正在固体表面上铺展，固体被真足潮干.交战角是表征液体正在固体表面潮干性的要害参数之一，由它可相识液体正在一定固体表面的潮干程度.交战角测定正在矿物浮选、注火采油、洗涤、印染、焊接等圆里有广大的应用.决断战效率潮干效率战交战角的果素很多.如，固体战液体的本量及纯量、增加物的效率，固体表面的细糙程度、没有匀称性的效率，表面传染等.准则上道，极性固体易为极性液体所潮干，而非极性固体易为非极性液体所潮干.玻璃是一种极性固体，故易为火所潮干.对付于一定的固体表面，正在液相中加进表面活性物量常可革新潮干本量，而且随着液体战固体表面交战时间的延少，交战角有渐渐变小趋于定值的趋势，那是由于表面活性物量正在各界里上吸附的截止.交战角的测定要领很多，根据间接测定的物理量分为四大类：角度丈量法、少度丈量法、力丈量法，透射丈量法.其中，液滴角度丈量法是最时常使用的，也是最开门见山的一类要领.它是正在仄坦的固体表面上滴一滴小液滴，间接丈量交战角的大小.为此，可用矮倍隐微镜中拆有的量角器丈量，也可将液滴图像投影到屏幕上或者拍摄图像再用量角器丈量，那类要领皆无法预防人为做切线的缺面.本真验所用的仪器JC2000C1静滴交战角/界里弛力丈量仪便可采与量角法战量下法那二种要领举止交战角的测定.三、仪器与药品仪器：JC2000C1界里弛力丈量仪，微量注射器，容量瓶，镊子，玻璃载片，涤纶薄片，散乙烯片，金属片（没有锈钢、铜等）.试剂：蒸馏火，无火乙醇，十二烷基苯磺酸钠（或者十二烷基硫酸钠）十二烷基苯磺酸钠火溶液的品量分数：0.01%，%，%，%，%，%，%，%，%四、真验真量1．观察正在载玻片上火滴的大小（体积）与所测交战角读数的闭系，找出丈量所需的最佳液滴大小.2．观察火正在分歧固体表面上的交战角.3．等温下醇类共系物（如甲醇、乙醇、同丙醇、正丁醇）正在涤纶片战玻璃片上的交战角战表面弛力的测定4．等温下分歧浓度的乙醇溶液正在涤纶片战玻璃片上的交战角战表面弛力的测定5．等温下分歧浓度表面活性剂溶液正在固体表面的交战角战表面弛力的测定液体：十二烷基苯磺酸钠溶液浓度(品量分数)：0.01%%%%%%%%%6．测浓度为%十二烷基苯磺酸钠火溶液液滴正在涤纶片战载玻片表面上交战角随时间的变更.五、真验步调(一) 交战角的测定(1) 启机.将仪器插上电源，挨启电脑，单打桌里上的JC2000C1应用步调加进主界里.面打界里左上角的活动图象按钮，那时不妨瞅到摄像头拍摄的载物台上的图象.(2)调焦.将进样器或者微量注射器牢固正在载物台上圆，安排摄像头焦距到0.7倍（测小液滴交战角时常常调到2倍～2.5倍），而后转动摄像头底座后里的旋钮安排摄像头到载物台的距离，使得图象最浑晰.(3)μμL的样品量最佳.那时不妨从活动图象中瞅到进样器下端出现一个浑晰的小液滴.(4)接样.转动载物台底座的旋钮使得载物台缓缓降下，触碰悬挂正在进样器下端的液滴后下落，使液滴留正在固体仄里上.(5)冻结图象.面打界里左上角的冻结图象按钮将绘里牢固，再面打File菜单中的Save as将图象保存正在文献夹中.接样后要正在20s（最佳10 s）内冻结图像.(6) 量角法.面打量角法按钮，加进量角法主界里，按启初键，挨启之前保存的图象.那时图象上出现一个由二曲线接叉45度组成的丈量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、左、上、下键安排丈量尺的位子：最先使丈量尺与液滴边沿相切，而后下移丈量尺使接叉面到液滴顶端，再利用键盘上< 战> 键即左旋战左旋键转动丈量尺，使其与液滴左端相接，即得到交战角的数值.其余，也不妨使丈量尺与液滴左端相接，此时应用180°减去所睹的数值圆为精确的交战角数据，末尾供二者的仄稳值.(7)量下法.面打量下法按钮，加进量下法主界里，按启初键，挨启之前保存的图象.而后用鼠标左键逆次面打液滴的顶端战液滴的左、左二端与固体表面的接面.如果面打过失，不妨面打鼠标左键，与消选定.(二) 表面弛力的测定(1)启机.将仪器插上电源，挨启电脑，单打桌里上的JC2000C1应用步调加进主界里.面打界里左上角的活动图象按钮，那时不妨瞅到摄像头拍摄的载物台上的图象.(2)调焦.将进样器或者微量注射器牢固正在载物台上圆，安排摄像头焦距到0.7倍，而后转动摄像头底座后里的旋钮安排摄像头到载物台的距离，使得图象最浑晰.(3)加进样品.不妨通过转动载物台左边的采样旋钮抽与液体，也不妨用微量注射器压出液体.测表面弛力时样品量为液滴最大时.那时不妨从活动图象中瞅到进样器下端出现一个浑晰的大液泡.(4)冻结图象.当液滴欲滴已滴时面打界里的冻结图象按钮，再面打File菜单中的Save as将图象保存正在文献夹中.(5) 悬滴法.单打悬滴法按钮，加进悬滴法步调主界里，按启初按钮，挨启图像文献.而后逆次正在液泡安排二侧战底部用鼠标左键各与一面，随后正在液泡顶部会出现一条横线与液泡二侧相接，而后再用鼠标左键正在二个相接面处各与一面，那时会跳出一个对付话框，输进稀度好战搁大果子后，即可测出表面弛力值.注：稀度好为液体样品战气氛的稀度之好；搁大果子为图中针头最左端与最左端的横坐标之好再除以针头的曲径所得的值.(8)截止与计划列表或者做图表示所得真验截止.收端阐明所得截止的本果表1 火正在分歧固体表面的交战角的丈量(9)思索题1．液体正在固体表面的交战角与哪些果素有闭？问：a仄稳时间；b体系温度；c交战角滞后，其中包罗表面没有匀称战表面没有服；d吸附效率.2．正在本真验中，滴到固体表面上的液滴的大小对付所测交战角读数是可有效率？为什么？问：滴到固体表面上的液体大小对付交战角读数无效率.果交战角只与二二界里（固-气、固-液、液-气）的表面弛力有闭，即杨氏圆程：σs-g=σs-l + σg-l × cosθ而表面弛力θ又只与物量的赋性、温度战压力有闭，所以液体大小对付交战角读数无效率.3．真验中滴到固体表面上的液滴的仄稳时间对付交战角读数是可有效率？问: 滴到固体表面上的液滴的仄稳时间对付交战角读数有效率,当体系已达仄稳时，交战角会变更，那时的交战角称为动交战角，动交战角钻研对付于一些粘度较大的液体正在固体仄里上的震动或者铺展有要害意思（果粘度大，仄稳时间少）.八、参照书籍1．北京大教化教系胶体化教教研组主编. 胶体与界里化教真验. 北京大教出版社. 19932．金丽萍, 邬时浑, 陈大怯. 物理化教真验. 华东理工大教出版社. 2006。

接触角是指在气、液、固三相交点处所做的气-液界面的切线，切线在液体一方的与固-液交接线之间的夹角，是润湿程度的量度.现如今已经广泛应用于石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂等各个领域.在这种广泛应用的情况下，接触角的测定方法的了解就显得十分有必要了.接下来将会对接触角测定方法做一个简单介绍.Biolin光学接触角测量仪(水滴角测量仪)Theta Flex目前来看，接触角的测试方法主要是有两种：一个是外形图像分析方法；一个是称重法.称重法通常还被称为润湿天平、渗透法接触角测定方法.但是目前来看停用相对广泛、测值更为直接准确的是外形图像分析法.外形图像分析法的原理主要是将液滴滴到固体表面，通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像.再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.其中涉及到的计算方法主要是基于某数学模型如液滴可视为球或圆锥的一部分，通过测定相关参数直接拟合计算接触角值.Young-Laplace方程描述了封闭界面的内外压力差与界面曲率和张力的关系，可以用来准确描述轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出接触角.了解了接触角的测定方法，在测定中就基本没问题了吗？也不是，大家再一起来了解一下影响接触角测试结果的几个因素：平衡时间、温度.一、平衡时间当体系未达平衡时候，接触角会发生变化，此时的接触角称为动态接触角.动态接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义.二、温度对于温度变化较大的体系，由于表面张力的变化，接触角也会发生变化.以上两种，平衡时间的影响一般是单方向的，但温度的变化可能会造成升高或者降低.接触角的测定方法是接触角测量过程中要明确的内容，不管你是处在哪个行业的，只要涉及到接触角测量，就会用到接触角测定仪，也就需要接触角测定方法的理解.本文对这些内容做了简单的介绍，希望能给大家提供一些方便.。

接触角的测定实验报告实验名称：接触角的测定实验摘要：接触角的测定是重要的表征液体与固体界面性质的方法，也是液体在固体表面上的润湿行为的重要参数。

本实验采用平板法测定液体在固体表面上的接触角。

通过实验测定不同液体在不同固体表面的接触角，并分析其结果，进一步了解液体与固体界面性质。

引言：接触角是液体和固体接触时界面上的一个物理角度，它能够反映液体与固体表面之间的相互作用。

接触角的大小与液体在固体表面上的润湿性有关，通过测定接触角可以了解液体在固体表面上的润湿性能。

接触角的测定根据不同测量方法可分为平板法和斜板法，本实验采用平板法进行接触角的测定。

实验材料与仪器：1.实验材料：水、酒精、甘油、玻璃片、纸片、金属片2.实验仪器：平板法接触角测定装置、显微镜、取样针、量筒、滴管实验步骤：1.准备玻璃片、纸片和金属片，分别清洗并晾干。

2.将玻璃片放在平板法接触角测定装置上，确定固体表面。

3.使用量筒测量一定体积的液体，分别滴在玻璃片、纸片和金属片上。

4.使用显微镜观察液体在不同表面上的形态，并通过装置上的刻度测量接触角的大小。

5.重复实验多次，取平均值，并计算接触角的标准偏差。

实验结果与讨论：根据实验测量得到的数据，我们可以计算不同液体在不同固体表面上的接触角。

以水、酒精和甘油为例，它们在玻璃片上的接触角分别为θ1、θ2和θ3、实验结果显示，水在玻璃片上的接触角较大，约为θ1=70°；酒精在玻璃片上的接触角比水小，约为θ2=40°；甘油在玻璃片上的接触角更小，约为θ3=20°。

这表明水、酒精和甘油在玻璃表面上的润湿性能依次增强。

同样的方法也可以测试其他固体表面和液体的接触角。

接触角的大小与固体表面的亲疏性有关，亲水性表现为接触角较小，亲油性表现为接触角较大。

在实验中，水的接触角较大，说明玻璃片表面具有亲油性；而甘油在玻璃片上的接触角较小，说明玻璃片表面具有亲水性。

这与玻璃表面的化学性质和形貌有关。

影响润湿作用和接触角的因素:固体和液体的性质、固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。

在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量。

(一) 接触角的测定(1) 开机，调焦（将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍～2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。

(2) 加样。

一般用0.6μL～1.0μL。

(3) 接样。

旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。

(4) 冻结图象。

点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Save as将图象保存在文件夹中。

接样后要在20s（最好10 s）内冻结图像。

(6) 量角法。

点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。

这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上< 和> 键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。

另外，也可以使测量尺与液滴右端相交，此时应用180°减去所见的数值方为正确的接触角数据，最后求两者的平均值。

(7) 量高法。

点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。

然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。

如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。

(二) 表面张力的测定(1)开机。

将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。

点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。

(2)调焦。

将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍，然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。