[发明专利]一种非轴对称影像法接触角测试装置和方法

说明书

本发明公开了一种非轴对称影像法接触角测试装置和方法，属于接触角测量技术领域。非轴对称影像法接触角测试装置包括样品台、照射方向相互垂直的第一背景灯和第二背景灯、两组光路结构和若干个显微镜头和摄像机，样品台位于第一背景灯、第二背景灯和显微镜头之间，两组光路结构分别位于第一背景灯和第二背景灯关于样品台的相反侧。本发明创新性的提出的一个全新且新颖的折叠光路结构的非轴对称影像法接触角测试装置，实时并同步测试Young‑Laplace方程中非轴对称条件下测量接触角和表面张力的R和R值，用于提升事实上存在的接触角测量中的非轴对称液滴的测量精度，具有极高的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种非轴对称影像法接触角测试装置和方法，属于接触角测量技术领域。

背景技术

接触角值是表征固体材料以及固、液、气三相体系的界面化学性质的重要指标之一。20世纪90年代之前，接触角的测量通常采用的技术为Zisman教授团队提出的量角器的测量技术，其显著特征为：

1、测量所基于的通常为将三维液滴假设为简单的二维图像；

2、测量的计算方法采用最为简单的弧形几何图像分析技术，包括了宽高法(WH或θ/2法)、圆或双圆、椭圆或双椭圆、多项式方程(二次多项式或复合多项式曲线)、插值法(Spline或TrueDrop)等。其显著特征在于：(1)与界面化学无关，只是简单的几何图像分析和曲线拟合技术；(2)测试数据受重力(或浮力)、表面张力影响较大；(3)测值数据的科学性较差；(4)数据的重复性比较差。

3、测试仪器的硬件中仅提供镜头俯仰功能和整机四脚调整功能。样品台面没有独立水平调整功能。

1989年，A.W.Neumann团队提出一种基于轴对称影像法的表面张力和接触角测量算法－ADSA－P。《Automation of Axisymmetric Drop Shape Analysis forMeasurements of Interfacial Tensions and Contact Angles》(Colloids andSurfaces,43(1990)151-167)。首次提出了基于界面化学定量分析技术Young-Laplace方程拟合图像边缘并用于测量接触角和表面张力的技术，从而奠定了现化真正意义上的表面张力和接触角的影像法的基础。

1996年，宋碧海(BiHaiSong)进一步提出了一种简化而快速的表面张力和接触角测量方法《Determination of Interfacial Tension from the Profile of a PendantDrop Using Computer-Aided Image Processing》(JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACESCIENCE 184,64–76(1996))。同一时期的F.K.HANSEN教授团队也提出了类似的Young-Laplace方程求解方法。(参考：《Surface Tension by Pendant Drop I.A Fast StandardInstrument Using Computer Image Analysis)》(Journal of Colloid and InterfaceScience,Vol.141,No.I,January 1991第1-8页)。宋碧海和Hansen团队均实现了基于Young-Laplace方程拟合法测量接触角和表面张力技术的商业化，对应德国和美国的部分仪器厂家，如德国Kruss公司。

A.W.Neumann教授团队的算法与宋碧海和Hansen团队算法的核心区别在于：前者是基于AFLI算法而后者基于选点选面法，并采用已知液体标定Bond Number，即，前者没有采用标定法，而后者是标定的。