接觸角測(cè)量?jī)x分析為什么3D接觸角值要優(yōu)于2D接觸角值？
3D接觸角測(cè)量?jī)x是美國(guó)科諾提出的接觸角測(cè)試?yán)砟睿鳛榈慕佑|角測(cè)量理念，3D接觸角與常規(guī)的接觸角測(cè)量的區(qū)別在于常規(guī)的接觸角測(cè)量?jī)x通常測(cè)試的是側(cè)視條件下某一個(gè)隨機(jī)的角度條件下的接觸角值。相對(duì)于整個(gè)液滴3D結(jié)構(gòu)來講，常規(guī)的接觸角測(cè)試儀僅僅測(cè)試了特定視角條件下的接觸角值。而如果固體的表面存在化學(xué)多樣性、異構(gòu)性以及表面粗糙度時(shí)，那么事實(shí)情況下98%樣品各側(cè)視角度條件下的接觸角值事實(shí)上呈現(xiàn)出如下圖所示的形貌，即在頂視條件下，液滴的輪廓呈現(xiàn)出不規(guī)則的情況。
這就是說，我們必須滿足測(cè)試各不同側(cè)視角度時(shí)的不同角度值，并用于表征樣品的表面的物理化學(xué)性質(zhì)，這樣的表征技術(shù)對(duì)于該固體樣品而言更為科學(xué)。而這就是3D接觸角測(cè)量的概念。
從目前技術(shù)來講，測(cè)量接觸角值的算法通常分為三代技術(shù)：
代的技術(shù)為量角器法，通過顯微鏡里的分劃板，來量測(cè)角度值。
第二代的技術(shù)為數(shù)碼量角器法階段，本階段將圖像捕捉到電腦后，通過量角器的幾何測(cè)量技術(shù)，如圓擬合、橢圓擬合或多段橢圓擬合線、或多項(xiàng)式方程的擬合曲線，來量測(cè)一下角度值。此時(shí)的測(cè)量技術(shù)只是將其他的圖像角度測(cè)量技術(shù)移到“接觸角測(cè)量”中，與真正的界面化學(xué)分析技術(shù)關(guān)系并不大。目前，中國(guó)的絕大多數(shù)儀器廠商，以及日本、韓國(guó)的儀器廠商均停留在這個(gè)技術(shù)階段。
第三代的技術(shù)為Young-Laplace方程擬合技術(shù)，通過分析輪廓圖像，將液滴輪廓因子Bond系數(shù)通過選點(diǎn)選面的方式標(biāo)定后，再擬合Young-Laplace方程。本方法通常情況下參考于超疏水材料且表面不存在粗糙度，均勻性很好的，沒有異構(gòu)性的樣品而言，Young-Laplace方程是有效的。這與是德國(guó)儀器與中國(guó)儀器的技術(shù)核心區(qū)別所在。
第四代的技術(shù)為阿莎算法ADSA算法，目前的ADSA-RealDrop通過修正左、右角度值不同的重力系數(shù)（如傾斜的條件下），基于ADSA-NA技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。過程中，通過雙次迭代的技術(shù)，無需標(biāo)定Bond系數(shù)擬合曲線，直接計(jì)算得到相應(yīng)的接觸角值、表面張力值以及修正的重力系數(shù)值。
顯見，阿莎算法是為3D接觸角測(cè)量而生的。
那么，在常規(guī)的接觸角測(cè)量已經(jīng)可以基本滿足測(cè)量的條件下，為什么需要測(cè)試3D接觸角值呢？
、常規(guī)的接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試所得的接觸角值事實(shí)上無法表征固體材料的性質(zhì)，只是隨機(jī)性的測(cè)量的假設(shè)對(duì)稱條件下的樣品的接觸角值，這個(gè)值在水稻這樣的存在各向異性的接觸角情況下，可能偏差值超過10度以上。
第二、3D接觸角測(cè)量?jī)x的應(yīng)用更符合實(shí)際：
?。?）3D接觸角測(cè)量值如果出面各位置角度值偏差小于2度，說明材料的性質(zhì)比較穩(wěn)定。相當(dāng)于3D接觸角測(cè)量?jī)x比常規(guī)的接觸角測(cè)量?jī)x在測(cè)值的性方面由于測(cè)試視角的多向性而提升了精度外和可靠性之外，額外的可以分析得出材料的性質(zhì)與均勻度。
?。?）對(duì)于特殊的應(yīng)用而言，在仿生材料研究中，我們可以制造3D接觸角偏差超過10度，甚至更高的材料表面結(jié)構(gòu)，以形成水滴或液滴的定向流動(dòng)或特殊應(yīng)用。
?。?）對(duì)于測(cè)試清洗效果而言，3D接觸角可以通過一滴水滴即可完成固體表面清潔度的評(píng)估。而不像其他常規(guī)的水滴角測(cè)量設(shè)備，通過非常多的水滴才可以評(píng)估出效果。況且，很多的位置滴不同的水滴在常規(guī)接觸角測(cè)試采用圓或橢圓擬合時(shí)，重復(fù)性導(dǎo)致的誤差與清潔度的誤差的判斷均存在問題。
