接触角水滴分析软件

接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。
液体在固体材料表面上的接触角, 是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息。接触角测量技术不仅可用于常见的表征材料的表面性能, 而且接触角测量技术在石油工业、浮选工业、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、喷涂、污水处等领域有着重要的应用。

特点：
若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。至于是否液体能进入毛细管，这个还与具体液体有关，并非所有液体在较大夹角下*不进入毛细管。 润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）:γSV = γSL + γLV×cosθe
由它可以预测如下几种润湿情况：

1）当θ=0，*润湿；

2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿；

3）当θ=90°，是润湿与否的分界线；

4）当θ﹥90°，不润湿；

5）当θ=180°，*不润湿。

毛细现象中液体上升、下降高度h。h的正负表示上升或下降。

浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。

上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。

上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）。

润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。

测量方法：
接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但应用泛,测值直接与准确的还是外形图像分析方法.

外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,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.

计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。

接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同,可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率,可分为静态接触角、动态接触角(又分前进接触角和后退接触角)和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法 、Wilhemly板法 、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法

应用：
任何两相物体相接处时，接触面的表面张力就表现为界面张力。用表示。

当气体在水中固体表面附着并达到平衡时，任意两相之间的界张力

可以看出，当3个力达到平衡时，有如下的平衡方程式，即：

固气= 固液+ 液气

上式表明，接触角式三个相界面自由能的函数，它既与矿物表明性质有关，也与液相、气相的界面性质有关。凡是能够因其任何三相界面自由能改变的因素，都额可以影响矿物表面的润湿性。

接触角度量与矿物可浮性的关系。根据杨氏方程，由θ的大小，可以度量不同矿物润湿程度的高低。 当θ<90°，固气>液气，液滴被拉开，沿矿物表面展开，矿物表面被润湿，表现为亲水。

当θ>90°，固气< 液气，液滴收缩，沿矿物表面聚集成珠状，矿物表面不易被润湿，表现为疏水。

θ=90°，cosθ=0，规定为疏水表面与亲水表面的分界线。当θ=0，cos θ=1，固体被液体*润湿。

当θ=180°，cosθ =-1，液滴对固体*不润湿。

即接触角愈大，cos θ愈小，其可浮性愈好。并且cos θ值介于-1~1之间，于是对矿物的润湿性与可浮性的度量定义为

润湿性=cosθ

可浮性=1-cosθ

接触角与矿物可浮性之间的关系式：接触角愈大，cos θ值就愈小，其润湿性愈弱，则可浮性愈好；反之，接触角愈小，cos θ值就愈大，其润湿性愈强，则可浮性愈差。

矿物接触角可以测得，下表列出了部分矿物的接触角测定值，依据接触角可大致判断各种矿物的天然可浮性。 [4]

部分矿物接触角测定值

技术参数：
系统

光学系统：

（1）成像：标准CCD摄像机和连续变倍显微镜镜头；

（2）光源：可调亮度单色冷光LED背光光源，图像中液滴边缘分辨更清晰；

（3）指标：拍摄3000帧/秒，显微镜放大率0.7-4.5倍连续变倍，成像分辨率

55piexl/mm~315piexl/mm，水平分辨率750线。

方法

1、测试方式：座滴法、顶视法、威廉板法

2、接触角分析方法：高宽法、杨拉普拉斯法、椭圆法、锥切法、圆法

3、拍摄图像方法：单张拍摄、连续间隔拍摄（慢存）、连续拍摄（快存）、即刻回放

4、接触角测试范围：0<θ<180°

5、测试分辨率：0.01°

6、测试精度： 0.1°

7、内置或外置旋转台能测试前进/后退角

8、样品尺寸：120*120mm；

9、样品大厚度：30mm

10、样品台大小：可测试样品：120*120*30mm

软件功能：

（1）接触角计算功能；

（2）左右接触角对比功能；

（3）悬滴法可测量液体界面张力

（4）Owen二液法表面自由 能估算；

（5）插入法可用来测量纤维丝的极限角

（6）表面自由能（固体表面张力）计算；

（7）动态接触角分析系统，前进角/后退角、倾斜角分析。

(8) 利用屏蔽技术，实时和测量可在同一界面下相互转换。即在实时的视窗下瞬间冻结图像，

并直接可以测量，无须转换界面，既方便又增加了实时性。

（9）数据图像信息的保存、调阅和打印。

应用特点

1、采用计算机多媒体技术，光学系统和CCD摄像头结合，使液滴的影像清晰地显示在计算机屏

幕上，可在瞬间将图像存储下供测量使用，避免因液体蒸发造成测量失败。

2、自动旋转平台便于测量前进角和后退角。

3、动、静态接触角、接触角动态变化、前进角/后退角分析；

4、固体表面能估算： Owen二液法

5、多种测试方式：悬滴法、座滴法（静滴法）、转落法、插入法

6、左右接触角值计算补偿

7、视频采集试样图象信息，计算机测量，保存，打印。

8、软件设计符合应用需求：

接触角测试仪组成：

自动旋转平台、视频采集卡、CCD摄像头、高级变焦镜头、自动电控温系统、、自动进样、自动影像分析系统、全电动三维平台光源采用密集LED冷光设计，发光均匀，图像清洗，寿命长；注射单元采用高精度注射泵进液，由软件定量定速控制，滴液稳定，精度*；样品台采用三维手动精调平台，操作灵活，定位准确，样品台可根据实际样品尺寸定制；采集系统采用黑白CCD相机，拍摄稳定，图像清晰，真实可靠，镜头采用工业级配置，0.7-4.5倍放大可调，成像无畸形失真；分析软件功能强大，具备一键式全自动拟合能力，具备的拟合方法，满足各种液滴形态的准确拟合;

符合相关标准
1.GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物检测)；
2.SY/T5153-2007（油藏岩石润湿性测定方法）；
3.ASTM D 724-99（2003）（纸的表面可湿性的试验方法）；
4.ASTM D5946-2004（塑料薄膜与水接触角度的测量）；
5.ISO15989（塑料薄膜和薄板电晕处理薄膜的水接触角度的测量）；