技術(shù)文章 / Technical articles
3D接觸角測量儀采用多角度視角觀測接觸角值變化，為評估材料的化學(xué)多樣性、異構(gòu)性、各向異性等以來沒有被解決的界面化學(xué)現(xiàn)象提供了可能。同時，由于其采用的特殊軟件算法ADSA－RealDrop法，可以基于界面化學(xué)Young-Laplace方程分別計算左、右兩側(cè)接觸角值，為快速分析本征接觸角值（基于Rafael Tadmor模型）以及表面潔凈度提供了可能。本征接觸角或稱為熱平衡接觸角具體可以參考：Rafael Tadmor, Line Energy and the Relation between Advancing, Receding, and Young Contact Angles, Langmuir 2004, 20, 7659-7664。
而就3D接觸角測量儀而言，其核心技術(shù)包括3個部分：
1、核心的技術(shù)－ADSA－RealDrop算法。3D接觸角測量技術(shù)的核心為左、右兩側(cè)分開計算接觸角值。當(dāng)然，這種非軸對稱的算法是其顯著特征。基于Young-Laplace算法的ADSA－P技術(shù)由A.W.Neumann于1984年提出，經(jīng)過多年發(fā)展成為了界面化學(xué)測試領(lǐng)域采用光學(xué)法測試界面張力、表面張力和接觸角值的算法，并被文獻所引用。但其缺陷在于無法實現(xiàn)非軸對稱。近年，美國科諾授權(quán)上海梭倫信息科技有限公司在中國申請的ADSA－RealDrop算法突破了軸對稱的限制，采用擬合邦德系數(shù)（Bond number）而非選點選面（Select Plane）的方式，解決了原有算法的瓶頸問題，從而為實現(xiàn)3D接觸角測試提供了可能。
2、關(guān)鍵的部件－采用蝸輪蝸桿技術(shù)的水平旋轉(zhuǎn)光學(xué)平臺。由于采用了蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)動角度的精度和扭矩方面均得到了大大提升，從而為提升3D效果提供了可能。
3、有力的支持－平行光鏡頭以及平行光光源。平行光光源以及平行光鏡頭，可以大大提升液滴成像的景深，直接切線方式實現(xiàn)輪廓成像，從而實現(xiàn)了液滴前、后移動時不再變化輪廓尺寸。這兩個部件是實現(xiàn)3D接觸角測量的有力支持。
當(dāng)然，我公司正在加緊研制其他技術(shù)，為一次成像，快速分析3D接觸角提供可能。具體方案已經(jīng)在申請中。
如下為兩段視頻，演示了3D接觸角測量儀是如何工作的。
1、本視頻演示了一種新發(fā)明的接觸角測試儀器：3D接觸角儀。基于多年來測試經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)對于絕大多數(shù)的樣品，其接觸角在左右兩邊通常均是不一致的。如果通過旋轉(zhuǎn)樣品90度，我們可以很容易發(fā)現(xiàn)此時的接觸角值與沒有旋轉(zhuǎn)前視角時的接觸角值不一樣。而出現(xiàn)這種情況的原因主要包括：，材料本身表面微觀結(jié)構(gòu)或宏觀結(jié)構(gòu)的不一致，如視頻中給出的兩個圖片一樣，一個是硅片，表面在鍍上硅材料時存在一些垂直與橫向不一致的結(jié)構(gòu)，一個是葉片，表面明顯存在紋理結(jié)構(gòu)；第二，材料表面的化學(xué)多樣性。因此，我們在全世界創(chuàng)新性發(fā)明了樣品臺水平360度旋轉(zhuǎn)的測試功能。本視頻演示了在樣品臺沿水平向自動旋轉(zhuǎn)360度時測試接觸角變化的情況，并稱之為3D接觸角儀。終，終的結(jié)果可以導(dǎo)出為AVI文件。
http://v.youku.com/v_show/id_XOTQxNzU5NzIw.html
2、 本視頻演示了3D接觸角儀用于測試水稻葉的接觸角值的過程，可以用于考察樣品的化學(xué)多樣性、化學(xué)異構(gòu)性以及接觸角滯后性等。通常而言，由于化學(xué)異構(gòu)性、納米級的物理結(jié)構(gòu)、表面清潔度等原因，物質(zhì)的接觸角值在2D狀態(tài)時幾乎沒有左右一致的。而3D接觸角儀正好可以滿足測試樣品的接觸角滯后時的接觸角高精度需求。通過本視頻可以清晰的看到，水稻葉片表面的絨狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致各個方向的接觸角值會有一點點變化，變化范圍從142－144度之間。而通過這個光學(xué)接觸角儀可以非常清晰的看到表面的一些結(jié)構(gòu)。采用樣品臺水平旋轉(zhuǎn)的方法，可以測試360度視角范圍的接觸角變化情況。結(jié)合ADSA－RealDrop法，可以很好的完成非軸對稱情況下的接觸角測值。水平旋轉(zhuǎn)樣品臺加上ADSA－RealDrop算法是完成3D接觸角的測值的絕配。3D接觸角儀需要兩個部分：水平旋轉(zhuǎn)形成360度視角的機械結(jié)構(gòu)，可分左右整體擬合接觸角值的算法，如基于ADSA－RealDrop的Young-Laplace方程擬合技術(shù)。
