技術(shù)文章 / Technical articles
3D接觸角測(cè)量?jī)x采用多角度視角觀測(cè)接觸角值變化，為評(píng)估材料的化學(xué)多樣性、異構(gòu)性、各向異性等以來(lái)沒有被解決的界面化學(xué)現(xiàn)象提供了可能。同時(shí)，由于其采用的特殊軟件算法ADSA－RealDrop法，可以基于界面化學(xué)Young-Laplace方程分別計(jì)算左、右兩側(cè)接觸角值，為快速分析本征接觸角值（基于Rafael Tadmor模型）以及表面潔凈度提供了可能。本征接觸角或稱為熱平衡接觸角具體可以參考：Rafael Tadmor, Line Energy and the Relation between Advancing, Receding, and Young Contact Angles, Langmuir 2004, 20, 7659-7664。
而就3D接觸角測(cè)量?jī)x而言，其核心技術(shù)包括3個(gè)部分：
1、核心的技術(shù)－ADSA－RealDrop算法。3D接觸角測(cè)量技術(shù)的核心為左、右兩側(cè)分開計(jì)算接觸角值。當(dāng)然，這種非軸對(duì)稱的算法是其顯著特征?；赮oung-Laplace算法的ADSA－P技術(shù)由A.W.Neumann于1984年提出，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展成為了界面化學(xué)測(cè)試領(lǐng)域采用光學(xué)法測(cè)試界面張力、表面張力和接觸角值的算法，并被文獻(xiàn)所引用。但其缺陷在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)非軸對(duì)稱。近年，美國(guó)科諾授權(quán)上海梭倫信息科技有限公司在中國(guó)申請(qǐng)的ADSA－RealDrop算法突破了軸對(duì)稱的限制，采用擬合邦德系數(shù)（Bond number）而非選點(diǎn)選面（Select Plane）的方式，解決了原有算法的瓶頸問(wèn)題，從而為實(shí)現(xiàn)3D接觸角測(cè)試提供了可能。
2、關(guān)鍵的部件－采用蝸輪蝸桿技術(shù)的水平旋轉(zhuǎn)光學(xué)平臺(tái)。由于采用了蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精度和扭矩方面均得到了大大提升，從而為提升3D效果提供了可能。
3、有力的支持－平行光鏡頭以及平行光光源。平行光光源以及平行光鏡頭，可以大大提升液滴成像的景深，直接切線方式實(shí)現(xiàn)輪廓成像，從而實(shí)現(xiàn)了液滴前、后移動(dòng)時(shí)不再變化輪廓尺寸。這兩個(gè)部件是實(shí)現(xiàn)3D接觸角測(cè)量的有力支持。
當(dāng)然，我公司正在加緊研制其他技術(shù)，為一次成像，快速分析3D接觸角提供可能。具體方案已經(jīng)在申請(qǐng)中。
如下為兩段視頻，演示了3D接觸角測(cè)量?jī)x是如何工作的。
1、本視頻演示了一種新發(fā)明的接觸角測(cè)試儀器：3D接觸角儀?；诙嗄陙?lái)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于絕大多數(shù)的樣品，其接觸角在左右兩邊通常均是不一致的。如果通過(guò)旋轉(zhuǎn)樣品90度，我們可以很容易發(fā)現(xiàn)此時(shí)的接觸角值與沒有旋轉(zhuǎn)前視角時(shí)的接觸角值不一樣。而出現(xiàn)這種情況的原因主要包括：，材料本身表面微觀結(jié)構(gòu)或宏觀結(jié)構(gòu)的不一致，如視頻中給出的兩個(gè)圖片一樣，一個(gè)是硅片，表面在鍍上硅材料時(shí)存在一些垂直與橫向不一致的結(jié)構(gòu)，一個(gè)是葉片，表面明顯存在紋理結(jié)構(gòu)；第二，材料表面的化學(xué)多樣性。因此，我們?cè)谌澜鐒?chuàng)新性發(fā)明了樣品臺(tái)水平360度旋轉(zhuǎn)的測(cè)試功能。本視頻演示了在樣品臺(tái)沿水平向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)360度時(shí)測(cè)試接觸角變化的情況，并稱之為3D接觸角儀。終，終的結(jié)果可以導(dǎo)出為AVI文件。
http://v.youku.com/v_show/id_XOTQxNzU5NzIw.html
2、 本視頻演示了3D接觸角儀用于測(cè)試水稻葉的接觸角值的過(guò)程，可以用于考察樣品的化學(xué)多樣性、化學(xué)異構(gòu)性以及接觸角滯后性等。通常而言，由于化學(xué)異構(gòu)性、納米級(jí)的物理結(jié)構(gòu)、表面清潔度等原因，物質(zhì)的接觸角值在2D狀態(tài)時(shí)幾乎沒有左右一致的。而3D接觸角儀正好可以滿足測(cè)試樣品的接觸角滯后時(shí)的接觸角高精度需求。通過(guò)本視頻可以清晰的看到，水稻葉片表面的絨狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致各個(gè)方向的接觸角值會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)變化，變化范圍從142－144度之間。而通過(guò)這個(gè)光學(xué)接觸角儀可以非常清晰的看到表面的一些結(jié)構(gòu)。采用樣品臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)的方法，可以測(cè)試360度視角范圍的接觸角變化情況。結(jié)合ADSA－RealDrop法，可以很好的完成非軸對(duì)稱情況下的接觸角測(cè)值。水平旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)加上ADSA－RealDrop算法是完成3D接觸角的測(cè)值的絕配。3D接觸角儀需要兩個(gè)部分：水平旋轉(zhuǎn)形成360度視角的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可分左右整體擬合接觸角值的算法，如基于ADSA－RealDrop的Young-Laplace方程擬合技術(shù)。
