光学接触角测量仪测量精度影响因素

光学接触角测量仪测量精度影响因素

是指采用界面化学原理中方程及其变体，采用液体作为探针物体，采用光学摄像的原理对固体材料进行物理化学性质进行分析的分析仪器，分析的结果以接触角、表面自由能、粘附功等数值呈现。区别于普通的数码量角器的简单的圆拟合、椭圆拟合或切线法等几何算法的光学测量仪器的是，接触角测量仪具有非常显著的基础，即通过分析液滴轮廓并拟合至方程曲线，分析得到接触角值。

因而，普通的数码量角器仅仅是量测几何意义上的轮廓的切线夹角角度，不考虑界面化学性质以及重力影响等显然存在的因素，因而具有测值理论参考依据不足、测值重复性差、精度差等明显的缺陷。事实上，低价的所谓的“接触角测量仪”目前均以数码量角器为主，而不是根本意义上的接触角分析与测量。

一、接触角测量仪测量精度影响因素
1、从材料本身来讲，很难找到表面不存在粗糙度、化学多样性的样品。而正是由于这些因素的影响，很难出现接触角液滴从顶视时呈现正圆的图像。

2、3D接触角测量是表征材料物理化学性质的方法。而3D接触角的基本的要求是能够分析接触角值的左、右区别。

3、通过阿莎算法对于左、右角度值的评估，可以判断材料本身的接触角滞后现象或3D接触角现象。

4、样品台或样品上表面的倾斜情况同样会影响液滴左、右角度值的变化。因而，从硬件要求来讲，样品台面独立调整水平的要求度会非常高，而不能够仅仅通过简单的四脚调整水平功能实现样品台面的调整，这个是*不讲科学的做法。

5、顶视法的应用局限性在于无法准确采用哪个位置的直径或相关参数估算出边界条件中的体积值，因而，常规的平均体积法原则或小二乘后体积估算原则在分析ADSA-D算法的接触角值时存在一定的缺陷。ADSA-D是理想条件下的接触角分析。与常规的Young-Laplace方程拟合法(轴对称或ADSA-P)一样，无法作为接触角算法来对待。

6、从目前为止来讲，镜头俯视以样品台面的倾斜均会明显影响接触角分析结果6-9%高。而二维条件的玻璃校准板无法准确检测出3D状态下的接触角测量仪器的准确性，同时，大部分接触角测量仪即使采用了3D红宝石球工具校准仪器，但由于缺少如上4所提及的样品台面以及镜头各自独立的微分头控制二维水平调整结构，因而，这些仪器是根本无法校准。只能是加工成什么精度就是什么精度，且这个精度无从考评，无法保证其他什么。

二、如何改善接触角测量仪测值精度
接触角测量仪用于测试和表征固体材料的界面化学领域的物理化学性质。从这层意义上讲，接触角测量仪用于测试固体接触角值的如何确保仪器的测值精度方面需要注意如下几点：

1、接触角测量仪的测试算法是测值精度的保证
接触角测量或水滴角测量时，只能采用表面张力、重力、界面张力参与分析的测试算法才是力的工具。而圆拟合、椭圆拟合或切线法根本无法视为接触角测量的工具，只能视为量角器。圆拟合或椭圆拟合、切线法无没有很好的重现性，且受测试条件(图像质量、轴对称、重力、液滴量等)影响非常大。

目前算法为阿莎算法(法，可以实现自动修正重力系数，可以综合分析表面张力影响条件下的接触角值，同时可以实现各种条件下(如静态接触角、非轴对称接触角、前进后退角的分析)，是一种万能接触角测试算法。

接触角测量的基本算法为算法，但其缺陷在于测试条件必须为轴对称，同时测试时尽量避免近圆图像。

2、彩色摄像机是接触角测量或水滴角测量的硬件基础
不像黑白摄像机存在水滴图像从黑到深灰、浅灰、白的过渡一样，彩色摄像机通常仅有从蓝到灰或黑地直接转换，因而，测值精度方面更高。并且，彩色摄像机可以清晰的表征出来过渡色，可以表征出更多细节，从而实现更高精度的接触角测值或界面张力、表面张力测值。

3、接触角测量仪样品台以及镜头分析调整水平度的精度决定了测量的精度
目前精度的控制，成本较低的方案为微分头控制的二维水平调整机构。可以实现多维度方面的高精度水平，特别对于样品表面不平整的样品，可以调整平整度。同时，可以高精度调整镜头的俯视角度。

4、接触角测量仪的光源和镜头系统是直接决定测值精度结果的要素
光源和镜头的方案为平行光源系统。平行光源系统可以实现直接切轮廓，大景深的目标。目前，仅开云官网登录入口网址 提供的PZ-200SD系列提供了本硬件支持。同时，平行光源的缺陷是对于表面不平整的样品的不友好，即成像时无法判断清表面分界。而PZ-200SD创造性的双效光源，采用石英玻璃柔光板，实现了平行光源效果。