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RealDrop?/TrueDrop?接觸角/水滴角測量儀基于sessile drop法的接觸角測量是表征材料表面潤濕性的核心方法

2025-2-25 9:18:31

基于sessile drop法的接觸角測量是表征材料表面潤濕性的核心方法，其基本原理和常規方法可綜合如下：

一、RealDrop®/TrueDrop®接觸角/水滴角測量儀的sessile drop法基本原理

sessile drop法通過分析固-液-氣三相接觸點形成的平衡液滴幾何形狀，測量接觸角以評估表面潤濕性。其理論依據為楊氏方程，即接觸角（θ）由固-氣（γ??）、固-液（γ??）和液-氣（γ??）界面張力的平衡關系決定：

\cos\theta = \frac{\gamma_{sv} - \gamma_{sl}}{\gamma_{lv}}

液滴形狀受重力、表面張力和固體表面性質的共同作用，通過光學成像或三維重建（如μCT）獲取輪廓參數（如液滴高度、基底半徑）后，結合Young-Laplace方程計算接觸角。

二、RealDrop®/TrueDrop®接觸角/水滴角測量儀的常規實驗方法

1. 設備配置

- 核心儀器為測角儀（如TrueDrop®/RealDrop®接觸角及水滴角測量儀），配備高分辨率攝像頭和控溫系統。

- 液滴體積控制：微量注射器精準釋放2-10 μL液體（如水、二碘甲烷等），減少重力對微小液滴形狀的影響。

- 表面預處理：樣品需拋光至特定粗糙度（Ra值通常<1 μm），避免表面形貌干擾接觸角測量。

2. 測量模式

- 靜態接觸角：液滴沉積后靜置至平衡狀態（通常1-2分鐘），通過切線法或橢圓擬合分析接觸角。

- 動態接觸角：測量前進角（ACA）和后退角（RCA），通過傾斜臺法或液滴體積增減法評估接觸角滯后。

- 高溫/高壓適配：密閉腔體配合溫控模塊，可擴展至非標準環境（如熔融金屬表面張力測量）。

3. 數據處理與模型

- 表面自由能計算：聯合使用水（極性）和二碘甲烷（非極性）的接觸角數據，通過Owens-Wendt-Rabel-Kaelble（OWRK）模型分解表面能的極性與色散分量。

- 三維重構技術：μCT掃描獲取液滴三維形態，通過高度和體積參數間接計算接觸角，相比傳統光學法減少局部輪廓波動引起的誤差。

- 自動化分析：圖像處理算法（如多項式擬合）優化接觸角提取精度，對θ<90°和θ>90°的液滴分別提升21%和33%的測量準確度。

三、RealDrop®/TrueDrop®接觸角/水滴角測量儀測試時的Sessile drop方法比較與局限性

1. 與傳統方法對比

- 相較于懸滴法（pendant drop）直接測量液-氣界面張力，sessile drop法更適用于固體表面潤濕性評估，但對超疏水表面（θ>150°）需采用毛細橋探針法等特殊技術。

- 浸濕熱法（heat of immersion）在區分顆粒潤濕性時可能更靈敏，但sessile drop法因非破壞性和易操作性仍是主流。

2. 誤差來源

- 接觸線釘扎：蒸發過程中液滴基底半徑變化導致CCR（恒定接觸半徑）與CCA（恒定接觸角）模式轉換，需通過環境濕度控制（>60% RH）抑制蒸發干擾。

- 光學畸變：非垂直拍攝角度可引起接觸角測量偏差，當真實接觸角為5°或175°時，絕對誤差可達±20°。

- 表面異質性：化學修飾（如硅烷化）或粗糙度分布不均會導致接觸角分布展寬，需結合流電勢分析或X射線反射率驗證表面均勻性。

四、RealDrop®/TrueDrop®接觸角/水滴角測量儀的新興技術拓展

1. 動態潤濕分析：結合Lattice-Boltzmann數值模擬，預測液滴在非均質表面的鋪展動力學，與實驗測量的接觸角誤差<5%。

2. 軟物質界面：通過調節基底粘彈性（損耗模量變化1個數量級），實現蒸發模式從CCR到CCA的可控切換。

3. 微觀機理關聯：同步測量納米顆粒（NP）在宏觀基底的接觸角與液-氣界面吸附量，揭示潤濕性對乳液穩定的調控機制。

以上方法廣泛應用于材料科學（如牙科樹脂潤濕性優化）、能源工程（瀝青-骨料界面粘附評估）等領域，其標準化操作流程和誤差控制策略對確保數據可靠性至關重要。

收起復制筆記

參考文獻(41) :

1. Bioactivation of 3D Cell-Imprinted Polydimethylsiloxane Surfaces by Bone Protein Nanocoating for Bone Tissue Engineering.

2. Determination of Sessile Drop Wetting Angle Based on μCT without the Direct Angle Measurement.

3. Evaluation of surface tensions and root-dentin surface contact angles of different endodontic irrigation solutions.

4. The Liquid Young's Law on SLIPS: Liquid-Liquid Interfacial Tensions and Zisman Plots.

5. Investigation of correlations between powder functionalities and powder surface properties for milk protein ingredients.

6. Evaluation of surface roughness, wettability and adhesion of multispecies biofilm on 3D-printed resins for the base and teeth of complete dentures.

7. Application of the Lattice-Boltzmann method to wetting on anisotropic textured surfaces: Characterization of the liquid-solid interface.

8. Evaporation Dynamics of Surfactant-Laden Droplets on a Superhydrophobic Surface: Influence of Surfactant Concentration.

9. Deep Learning to Analyze Sliding Drops.

10. Further Exploration of Heat of Immersion as a Method to Quantify Wettability for Particulates: Effect of Temperature.

11. Effects of UV Postcuring Times on the Color Stability, Surface Properties and Conversion of 3D-printed Temporary Resin Composites.

12. Capillary Bridges on Hydrophobic Surfaces: Analytical Contact Angle Determination.

13. Antifungal Activities and Some Surface Characteristics of Denture Soft Liners Containing Silicon Dioxide Nanoparticles.

14. Adsorption Properties and Wettability of Ethoxy- and Propoxy- Derivatives of 2-Ethylhexanol as Sterically Specific Surfactant Structures.

15. State-and-rate friction in contact-line dynamics.

16. Hansen Solubility Parameters for Directly Dealing with Surface and Interfacial Phenomena.

17. Contact Angle Measurement on Curved Wetting Surfaces in Multiphase Lattice Boltzmann Method.

18. Influence of Selected Ophthalmic Fluids on the Wettability and Hydration of Hydrogel and Silicone Hydrogel Contact Lenses-In Vitro Study.

19. Using Different Surface Energy Models to Assess the Interactions between Antiviral Coating Films and phi6 Model Virus.

20. Effect of Surfactants on Eliminating Stable Ultrafine Chalcopyrite Froth.

21. Understanding the Role of Loss Modulus of Viscoelastic Substrates in the Evaporation Dynamics of Sessile Drops.

22. Effect of Camera Parallax Angle on the Accuracy of Static Contact Angle Measurements.

23. Effect of a novel irrigation regimen and root canal filling material versus conventional endodontic protocols on dentin wettability.

24. Study on Surface Roughness, Morphology, and Wettability of Laser-Modified Powder Metallurgy-Processed Ti-Graphite Composite Intended for Dental Application.

25. Systematic Study of Wettability Alteration of Glass Surfaces by Dichlorooctamethyltetrasiloxane Silanization-A Guide for Contact Angle Modification.

26. Assessment of nanoparticle immersion depth at liquid interfaces from chemically equivalent macroscopic surfaces.

27. Measuring Colloidal Forces With Atomic Force Microscopy 1: Salt Influence on Hydrophobic and Hydrophilic Interactions.

28. Effect of trialkoxysilane/aminosilane-containing universal adhesive on resin-ceramic microtensile bond strength and ceramic wettability: An in-vitro study.

29. Effect of layer thickness and printing orientation on the color stability and stainability of a 3D-printed resin material.

30. Triple-line dynamics of a soft colloid-laden drop on a hydrophobic surface.

31. Effect of non-thermal plasma treatment and resin cements on the bond strength of zirconia ceramics with different yttria concentrations.

32. The effect of surface roughness on capillary rise in micro-grooves.

33. Osteoblastic and Bacterial Response of Hybrid Dental Implants.

34. Polarity-Induced Reactive Wetting: Spreading and Retracting Sessile Water Drops.

35. Antimicrobial efficacy and topographical alterations of photodynamic therapy versus conventional antimicrobials on contaminated zirconia ceramic in vitro.

36. The Effect of Trace Oxygen Addition on the Interface Behavior of Low-Alloy Steel.

37. Influence of the Ground Electrode on the Dynamics of Electrowetting.

38. Capillary Assembly of Anisotropic Particles at Cylindrical Fluid-Fluid Interfaces.

39. Research on the Adhesion Properties of Fast-Melting SBS-Modified Asphalt-Aggregate Based on Surface Free Energy Theory.

40. Evaluation of surface characterization and mechanical features of resin-matrix ceramics before and after different surface treatments.

41. Is contact-line mobility a material parameter?

上一個：接觸角測量儀水滴角測量儀固體表面自由能分析方法綜述

下一個：接觸角計算方法分類與技術發展

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