静态接触角常用测量方法

1、座滴法

早期的静态接触角测量方式采用量角器，通过肉眼确定基线，随着数字技术的发展，出现以图像为核心的接触角测量方法。座滴法是最简单、最直接、对硬件要求较低的测量方法，应用最为广泛。座滴法接触角的计算方法分为非基于模型和基于模型，非基于模型没有全部利用液体的轮廓信息，例如切线法、宽高法；而基于模型的计算方法，需要预先假设一种轮廓模型，例如圆、椭圆或者ADSA-P，再将图像采集到的液体轮廓点集带入模型求解参数。在没有噪声干扰下理论精度大于前者。后续主要以座滴法的模型作为研究对象。

2、斜板法

斜板法一般用于丝状细小的材料，将材料制作成几厘米长的样本插入液体中，调节样品与液面的夹角，使样品的其中一端液面处理水平状态，此时液面与样品的夹角θ为接触角，如图1-2所示。

图1-2 斜板法模型

3、插板法

插板法需要将样品垂直插入液面，假设固体能被液体浸润，到达平衡时，液体爬升高度为，固体浸入深度为，则它们与接触角之间的关系满足式（1-4）。

图1-3 插板法

（1-4）

式中：表示液体与气体之间的界面张力；表示重力加速度；表示液相与气相的密度差： 为该液体的毛细管长度（capillary length），称为液体的毛细常数。

插板法处于平衡时，根据板子的重力，液体对板的浮力，表面张力，仪器对板身上的拉力，满足式1-5：

（1-5）

式中：通过力学传感器获得

对于和有：

（1-6）

（1-7）

式中为为三相接触线的长度，即板与液体相交的周长， 为板子插入液体的深度。将式子（1-6）和式子（1-7）代入式（1-5）得到

（1-8）

使用插板法则不需要通过液体的轮廓进行分析，但对于测试样品需要确保表面足够光滑、各处表面性能相同。

4、掳泡法

掳泡法与座滴法互为镜像关系，如图1-4所示，对于表面比较光滑的材料，其测量结果和座滴法已经得到验证[1]。使用此方法可以解决材料比较亲水时轮廓不易观察的情况，并且有利用于控制测试液体的温度。缺点是泡在液体里的材料容易导致湿润性能改变，且测试时需要使用大量液体，容易造成浪费。

图1-4 掳泡法模型