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什么是接触角及水滴角计算方式

更新时间:2024-03-16  |  点击率:179

什么是接触角?

接触角也叫水滴角,主要就是液体与固定表面形成的角度,所以也称为水滴角。当然可以不是水,也可以用其他液体。

接触角是指在固、液、气三相交界处,气-液界面上的切线与固-液界面之间的夹角。

接触角的大小可以反映液体在固体表面上的润湿性质,接触角越小,表示液体在固体表面上的润湿性越好,即液体倾向于在固体表面铺展;相反,接触角越大,表示液体在固体表面上的润湿性较差,即液体倾向于远离固体表面。接触角是衡量液体对材料表面润湿性能的重要参数,通过测量接触角可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信

接触角的六种计算方式:

接触角的计算方法有很多,它们主要针对气—液—固体系的接触角测算,但其中有些方法只需略加修改即可适用于液—液—固体系的接触角测算:

量角法(Angle Measuring Mmethod):借助于可移动和旋转的量角器测量气—液界面的切线与固—液界面的水平线所形成的夹角,即为接触角。

量高法(Height-Width Method):又称θ/2 法或宽高法。科学家们认为当液滴体积小于6μl时,可忽略地球引力对其形状的影响,认为液滴呈标准圆的一部分。因此通过选点测量液滴在固体表面上的高度及与固体接触面的直径,即可计算出液滴在固体表面的接触角。

圆环法(Ring Method):认为液滴在固体表面呈标准圆的一部分。因此通过选点生成虚拟的圆形轮廓,然后通过改变圆形轮廓的大小使其与液滴重合,再通过其圆心位置计算出左边或右边的接触角。

椭圆法(Ellipse Method):认为液滴在固体表面因受重力和表面张力等因素的影响而呈椭圆的一部分。因此通过选点生成虚拟的椭圆形轮廓,然后通过改变椭圆形轮廓的大小使其与液滴重合,再通过其圆心位置计算出左边或右边的接触角。

切线法(Tangent Method):又称拟合法(Fitting Method)。主要用于分析固体表面上不规则形状的液滴,如因接触角滞后现象产生的前进接触角和后退接触角等。通过选点生成虚拟的圆,力求使虚拟的圆与液滴的左边或右边的某一段相重合,然后通过虚拟圆的圆心位置计算出左边或右边的接触角。                     

-拉普拉斯方程(Young-Laplace Equation):采用二值图像边缘特征检测方法,提取液滴图像轮廓边缘的亚像素点,利用变权重最小二乘法拟合出滴液的轮廓。然后通过杨-拉普拉斯微分方程迭代法计算出本征接触角。

以上6种计算接触角的方法如果遇到液滴在凹面或凸面上,则需要将计算结果再加上凹面部分或减去凸面部分       

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