什么是真正的接觸角測(cè)量?jī)x？

目前，商業(yè)化的名稱為“接觸角測(cè)量?jī)x”或“水滴角測(cè)量?jī)x”在市場(chǎng)上非常多。眾多的冠以“接觸角儀”的偽界面化學(xué)分析儀器嚴(yán)重影響了界面化學(xué)分析測(cè)試技術(shù)，特別是界面張力、接觸角測(cè)值技術(shù)的發(fā)展。

一、從接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試的接觸角值的定義評(píng)估何為接觸角測(cè)量?jī)x？

從接觸角的定義可以得出，接觸角是液體表面張力、固體表面自由能以及固液界面張力、重力互相作用而形成的一個(gè)物理化學(xué)指標(biāo)項(xiàng)。通常情況下，接觸角用以表征固體材料的性質(zhì)，以及固體與液體的粘附效果的直接評(píng)估指標(biāo)項(xiàng)。各個(gè)接觸角值數(shù)據(jù)為了進(jìn)行對(duì)比，通常以水滴（二次蒸餾水，20攝氏度時(shí)表面張力值為72.8mN/m）測(cè)試固體表面的接觸角值為公布數(shù)據(jù)，該值也被稱為水滴角值。用水滴接觸角值評(píng)估固體表面性質(zhì)的接觸角儀也被稱為水滴角測(cè)量?jī)x。

綜上而言，接觸角值不是簡(jiǎn)單的一個(gè)幾何量角器而得到的度量值，而是綜合了表面張力、界面張力、重力等影響的一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)指數(shù)，兩者之間有本質(zhì)的區(qū)別。水滴角測(cè)量?jī)x則必須是指測(cè)定水的表面張力值后，測(cè)試探針?biāo)砻鎻埩σ恢滦缘臈l件下，采用蒸餾水作為探針液體，表征固體表面物理化學(xué)性質(zhì)的測(cè)試儀器。

從接觸角的定義，可以得出接觸角測(cè)定儀的必須具有基本要求：

（1）測(cè)值方法應(yīng)綜合考慮表面張力、界面張力等因素的影響，測(cè)值結(jié)果與表面張力和界面張力相關(guān)；

（2）采用水滴作為探針液體的水滴角測(cè)量?jī)x，必須提供測(cè)試水表面張力值的功能。

二、從“接觸角測(cè)量?jī)x”的發(fā)展歷史來分析何為接觸角測(cè)量?jī)x？

忽略表面張力和界面張力參與測(cè)值這個(gè)關(guān)鍵性條件要件外，商業(yè)化的“接觸角測(cè)量?jī)x”（我們暫且將之統(tǒng)稱為接觸角測(cè)量?jī)x，并以引號(hào)標(biāo)出）可以分為三個(gè)階段：

1、20世紀(jì)50年代至80年代，以Zisman為代表的分劃板顯微量角器（goniometer): 其特征為顯微鏡放大小液滴圖片后，采用量角器工具量測(cè)角度值。測(cè)試結(jié)果沒有考慮表面張力和界面張力、重力的影響，僅僅從幾何角度分析所形成的輪廓在接觸點(diǎn)位置的切線。

2、20世紀(jì)80年代開始至今，數(shù)碼顯微量角器：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及CCD相機(jī)的出現(xiàn)，Zisman為代表的顯微量角器技術(shù)升級(jí)至了數(shù)碼顯微量角器階段。

本階段的特征為采用數(shù)碼攝像機(jī)將圖片捕捉后，采用圖像識(shí)別與分析技術(shù)，采用幾何量角器（圓擬合、橢圓擬合、曲線尺）量測(cè)角度值。同樣，測(cè)試結(jié)果沒有考慮表面張力和界面張力、重力的影響，僅僅從幾何角度分析所形成的輪廓在接觸點(diǎn)位置的切線。

目前商業(yè)化的名稱為“接觸角測(cè)量?jī)x"或水滴角測(cè)量?jī)x，特別是中國(guó)制造的儀器，仍處于本階段的發(fā)展水平，其本質(zhì)上是采用計(jì)算機(jī)數(shù)碼技術(shù)的顯微量角器。

3、20世紀(jì)90年代開始，以A.W.Neumann教授團(tuán)隊(duì)提出的ADSA-P測(cè)試算法為代表，”接觸角測(cè)量?jī)x“在測(cè)試固-液或固體性質(zhì)時(shí)引入了表面張力（界面張力）參與測(cè)值，接觸角測(cè)量進(jìn)而可以真正用于表征固體的物理化學(xué)性質(zhì)。因而，真正的界面化學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的接觸角測(cè)量?jī)x發(fā)明的標(biāo)志是采用ADSA-P算法，也可稱為Young-Laplace方程擬合算法。在google搜索引擎中可以檢索到引用A.W.Neumann教授的文獻(xiàn)不計(jì)其數(shù)。可以說，ADSA-P算法是現(xiàn)代界面化學(xué)測(cè)試技術(shù)的基石。

三、綜述：

1、通常以圓擬合、橢圓擬合算法的接觸角測(cè)量?jī)x僅僅屬于數(shù)碼顯微量角器而非界面化學(xué)領(lǐng)域的接觸角測(cè)量?jī)x器，其無法真正表征出固體的真正的物理化學(xué)指標(biāo)；

2、無論何種量角器測(cè)試儀器由于其沒有考慮表面張力、重力的影響，因而對(duì)于進(jìn)液的精度與重復(fù)性有非常高的要求，即使做到了0.0001uL的精度，也無法確保其真正表征出固體的物理化學(xué)性質(zhì)；

3、ADSA算法是目前廣為接受的綜合考慮表面張力、界面張力、重力影響的測(cè)試固體接觸角或液體表面張力的測(cè)試的算法，只能采用了ADSA算法的顯微測(cè)量?jī)x才算得上真正的”接觸角測(cè)量?jī)x“

4、目前商業(yè)化的大部分”接觸角測(cè)量?jī)x“是偽”接觸角“測(cè)量?jī)x器。特別是中國(guó)制造的”接觸角測(cè)量?jī)x“絕大部分只能稱為”數(shù)碼顯微量角器“，僅僅是將體視顯微鏡增加了一個(gè)滴液系統(tǒng)而已。其本質(zhì)上仍未改變其量角器的本性，無法用以表征固體的性質(zhì)。

5、接觸角測(cè)量并非是圓擬合或橢圓擬合這么簡(jiǎn)單的幾何量測(cè)所能夠真正解決的。