接觸角儀作為一種常用的表面分析儀器，能夠通過測量液體在固體表面的接觸角來評(píng)估表面特性，包括表面清潔度。在材料科學(xué)、涂層工程及表面處理領(lǐng)域，表面清潔度是影響材料性能的重要因素。表面清潔度不僅直接影響材料的附著力、潤濕性和耐腐蝕性等，還決定了后續(xù)加工和應(yīng)用的質(zhì)量。
接觸角與表面清潔度的關(guān)系
接觸角是液滴與固體表面接觸時(shí)，液滴的邊緣與固體表面之間形成的角度。這個(gè)角度反映了液體對固體表面的潤濕性。潤濕性是一個(gè)與表面性質(zhì)密切相關(guān)的物理現(xiàn)象，清潔度越高，表面越光滑且無污染物，液滴的接觸角通常較低，表面表現(xiàn)為更好的潤濕性。
表面污染物會(huì)影響固體表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致液體在該表面上的潤濕性發(fā)生變化。具體來說，若表面存在油污、塵土、氧化物或其他污染物，液滴的接觸角會(huì)增大，表面變得疏水，潤濕性降低。因此，通過測量接觸角的變化，可以評(píng)估表面清潔度。
工作原理
它通過精準(zhǔn)測量液滴在固體表面上的接觸角來分析表面的潤濕性。常見的接觸角儀有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類型。
1.靜態(tài)：通過在固體表面滴加少量液體，然后通過顯微鏡或相機(jī)拍攝液滴與表面接觸的角度。通過計(jì)算液滴的接觸角，可以評(píng)估表面的潤濕性。
2.動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)接觸角儀通過對液滴進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，例如滴水過程中的接觸角變化，來提供更全面的表面信息。動(dòng)態(tài)測試能夠提供關(guān)于表面污染物清除過程中的變化情況，如表面被清潔后，接觸角的逐漸降低等數(shù)據(jù)。
通過接觸角評(píng)估表面清潔度的步驟
1.樣品準(zhǔn)備：首先，選擇需要評(píng)估清潔度的樣品，并確保表面處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，可以將表面清潔劑、溶劑等去除劑應(yīng)用于表面，模擬常見的清潔過程。
2.接觸角測量：用儀器在樣品表面滴加測試液。常用的測試液包括水、甲醇、二甲苯等，選擇的液體應(yīng)根據(jù)目標(biāo)表面的性質(zhì)和實(shí)際需求來決定。通過儀器記錄液滴與表面接觸時(shí)的接觸角。
3.結(jié)果分析：如果表面干凈、無污染物，液滴會(huì)較好地鋪展，接觸角較小，潤濕性較強(qiáng)；若表面有污染物，接觸角則會(huì)增大，表現(xiàn)為較差的潤濕性。例如，如果水在表面形成大于90度的接觸角，可能表明該表面有油污或其他污染物。
4.多次測量與比較：為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以在不同區(qū)域和不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行多次接觸角測量。如果清潔度較高，所有測量結(jié)果應(yīng)保持一致且接觸角較小。如果存在污染物，接觸角值將呈現(xiàn)不一致性或偏高的趨勢。
評(píng)估表面清潔度的優(yōu)勢
1.非破壞性測試：這是一種非接觸式測量工具，能夠在不損壞樣品表面的情況下進(jìn)行評(píng)估，適用于高價(jià)值或脆弱材料。
2.高精度與高敏感性：能夠準(zhǔn)確測量接觸角，即使是微小的污染物變化也能被敏感檢測到。因此，特別適合用于精密的表面清潔度檢測。
3.簡單快速：相比傳統(tǒng)的清潔度測試方法（如X射線光電子能譜、傅里葉變換紅外光譜等），接觸角測量方法簡便且快速，能夠快速反饋表面狀態(tài)。
4.直觀的結(jié)果：接觸角測量結(jié)果容易理解，尤其是通過接觸角的大小可以直觀判斷表面潤濕性以及清潔程度。
