[發明專利]一種憎水性時靜態接觸角檢測方法

無效

• 申請號: 201110342914.2
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102507390A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 徐志鈕;律方成
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于材料性能測試技術領域，尤其涉及一種憎水性時靜態接觸角檢測方法。

背景技術

材料的表面能是表征材料性能的一個重要參數，表面能低的材料具有憎水性強的特點，在船舶防污、電力系統防污閃、防覆冰材料等方面都有著廣泛的應用。表面能是這些材料的關鍵特性，可以通過測量接觸角來獲得材料的表面能。因此，準確測量接觸角具有廣泛的意義。

目前常用座滴法測量靜態接觸角，通過接觸角檢測系統獲得液滴圖像后關鍵部分就是接觸角的算法，主要有切線法、量角法、量高法、圓和橢圓擬合算法、θ/2法、多項式和樣條擬合法、ADSA-P算法等。切線法通過量角器直接測量水珠在三重線處的切線，目前也常將水珠圖像存儲為電子圖像后通過手動畫切線然后根據半角公式計算獲得接觸角。由于三重線及附近常較為模糊，而且肉眼對切線的分辨能力也不高，該算法也未能有效利用除三重線附近外水珠邊緣信息，導致其誤差和分散性稍大。假設水珠為一球冠，量角法通過將等腰直角三角形平移和旋轉獲得旋轉過的角度進而獲得接觸角。量高法考慮水滴為一個球冠，成像后水珠圖像邊緣為圓的一部分，根據球冠的高和球冠底端圓的直徑通過計算即可獲得接觸角。θ/2法也是假設水珠邊緣為圓形時計算接觸角的一種方法。當水珠體積在6μL以下時水珠近似為球冠，這些方法誤差較小，但隨著水珠體積的增加水滴逐漸偏離球冠，算法誤差增加。(多項式和樣條)擬合法選擇水珠三重線附近的一些關鍵點，然后基于某種表達式進行擬合，獲得曲線后根據三重線處的切線即可獲得接觸角。對不同憎水性情況下接觸角測量進行了研究，發現基于圓與橢圓擬合算法的組合有不錯的效果。但假設水珠邊緣為圓或橢圓的一部分僅僅是對水珠邊緣的一種近似，隨著接觸角和水珠體積的增加，圖像上的水珠邊緣逐漸偏離圓和橢圓，用圓和橢圓擬合算法的誤差逐漸增大。ADSA-P(axisymmetric?drop?shape?analysis-profile)算法根據Young-Laplace方程推導獲得水珠邊緣滿足的關系，然后針對獲得的水珠邊緣點獲得方程參數進而獲得接觸角。ADSA-P算法原理相對復雜、計算量較大、受圖像清晰度、偏轉等因素影響大，但該算法理論上對水珠體積沒有要求，能很好利用水珠邊緣信息，具有自己的優點。處于憎水性狀態時不同材料的靜態接觸角差別很大，可在90°～180°范圍內變化，而實際測量時所用水珠體積可能在較大范圍內變化，甚至可大至100μL。通常使用的切線法、圓擬合算法、θ/2法、量角法、量高法、多項式和樣條擬合法、橢圓擬合算法和ADSA-P算法中任選一個算法均不能在整個接觸角和水珠體積變化范圍內均能準確獲得靜態接觸角。

發明內容

針對上述背景技術中提到現有單一水珠靜態接觸角計算方法計算精度低的不足，本發明提出了一種憎水性時靜態接觸角檢測方法。

本發明的技術方案是，一種憎水性時靜態接觸角檢測方法，其特征是該方法包括以下步驟：

步驟1：采集水珠圖像；

步驟2：對水珠圖像進行分析：

a.當水珠靜態接觸角在大于90°、小于等于110°范圍內，且水珠體積小于100μL時，選擇橢圓擬合算法；

b.當水珠靜態接觸角在大于110°、小于等于130°范圍內，且水珠體積不大于10μL時，選擇橢圓擬合算法；

c.當水珠靜態接觸角大于110°、小于等于130°范圍內，且水珠體積大于10μL時，選擇ADSA-P算法；

d.當水珠靜態接觸角大于130°時，選擇ADSA-P算法；

步驟3：根據上述算法求得的固、液、氣三者交界點處的切線求得接觸角。

所述橢圓擬合算法求接觸角的計算公式為：

θ＝(θ_L+θ_R)/2

其中：

θ為接觸角；

θ_L為使用橢圓擬合算法時求得的最終左接觸角；

θ_R為使用橢圓擬合算法時求得的最終右接觸角。

所述θ_L的計算公式為：

θ_L＝θ_L2-180atan(k₁)/π

其中：

θ_L2為左側的接觸角；

k₁為固體水平面斜率。

所述θ_R的計算公式為：

θ_R＝θ_R2+180atan(k₁)/π

其中：