测量技术科普
一元法接触角计算模型
Method ONE, ONE for all
LSA系列光学表面分析仪在测量接触角时采用革命性的一元法物理模型拟合，从底层物理规律出发，基于广义Laplace-Young方程，严格考虑重力、界面张力以及第三作用力对液滴形状的影响。涵盖从超亲到超疏范围内的所有接触角测量，无需用户主观选择拟合计算方法。
一元法与传统接触角计算方法的比较
| 方法 | 主要局限性 | 一元法的革新 |
|---|---|---|
| 圆法/宽高法 | 忽略重力，仅适合微小低接触角液滴 | 物理模型严格考虑重力、界面张力和其他作用力 |
| 椭圆法 | 受纯几何拟合限制，超疏水误差大 | 严格考虑重力、界面张力，无轴对称假设 |
| 切线/多项式法 | 不稳定，不适用于连续动态测量 | 全局物理模型，拟合整体轮廓，鲁棒性强 |
| Young-Laplace法 | 要求液滴严格轴对称 | 广义LY-Eq法，适用于非对称及复杂受力界面 |
移动液桥法测量动态接触角
Advancing Bridge Interface
移动液桥法是一种创新的动态接触角测量方法，能可靠地测量前进角、后退角和接触角滞后。利用注射针让液滴在针头和材料表面之间形成微量液桥，通过平移注射针对液桥施加横向力使其在材料表面滑行，使用一元法对液桥轮廓进行连续计算。
与常见动态接触角测量方法的比较
| 传统方法 | 主要问题 | 移动液桥法的革新 |
|---|---|---|
| 液滴体积增大/缩小法 | 后退角识别困难，针管插入影响结果 | 前进角和后退角数值稳定可靠，不受对称性影响 |
| 倾斜板法 | 需要特殊附件，超疏水难以固定液滴 | 无需倾斜装置，适用于各类亲疏水表面 |
垂直粘附力测量
Vertical Adhesion Force
垂直粘附力是垂直于材料表面方向液滴或气泡被拉脱过程中产生的力，多用于超疏材料。液滴脱离表面过程中被垂直拉伸，三相接触线发生移动回缩，接触角减小，液滴受到的拉力增大，直到液滴完全脱离材料表面。
粘附力测量参数
| 参数 | 说明 | 应用 |
|---|---|---|
| Fy | 表面张力导致的拉力 | 评估液滴与表面相互作用 |
| Fp | 毛细管压力差导致的压力 | 分析界面力学平衡 |
| Fa | 界面对液滴的粘附力 | 表征超疏材料脱附特性 |
水平滞留力测量
Horizontal Retention Force
置于材料表面上的液滴在水平旋转台的带动下做圆周运动，受离心力驱动产生横向水平滑动的趋势。当离心驱动力达到最大滞留力数值时，液滴沿材料表面发生横向水平滑动。滞留力能够直接反映液体和固体之间在界面上切向的相互作用力。
滞留力测量参数
| 参数 | 说明 | 单位 |
|---|---|---|
| R | 水平滞留力 | N |
| m | 液滴质量 | kg |
| W | 水平转台转动的角速度 | rad/s |
| r | 液滴的转动半径 | m |
亲水性粉末或多孔材料润湿性测量
Washburn渗透法
渗透法（Washburn法）使用参照液体和测试液体分别对粉末或多孔材料测量得到吸收体积与接触时间的数值关系曲线后进行接触角值的计算。参照液体应能够完全润湿粉末颗粒的表面，假设接触角值为0°，通过比较测试液体和参照液体的"吸收体积-时间"曲线计算接触角。
Washburn模型参数
| 参数 | 说明 | 单位 |
|---|---|---|
| V | 对应时间t时的液体吸收体积 | μL |
| C | 毛细管特征参数 | - |
| γ | 液体表面张力 | mN/m |
| θ | 动态接触角 | ° |
全自动测量滚动角
Automatic Roll Angle Measurement
全自动倾斜台和视频系统由软件控制，自动记录倾斜过程中液滴的形状变化、倾斜角度和位置移动，自动测量滚动角、前进角和后退角等相关参数。使用独立倾斜台时软件可实时显示样品台倾斜状态和角度，使用整体倾斜台可测试晶圆等大尺寸样品的滚动角。
倾斜台类型对比
| 类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 独立倾斜台 | 软件实时显示倾斜状态和角度 | 常规样品滚动角测量 |
| 整体倾斜台 | 可测试晶圆等大尺寸样品 | 大尺寸样品、晶圆检测 |
俯视法接触角测量
Top-view Contact Angle
在已知液体表面张力和密度的前提下，LSA系列仪器能够准确控制液滴体积并利用俯视模块从正上方向下对液滴成像，能精确测量和计算三相接触线或液滴最大直径处周边线的形状尺寸，利用Laplace-Young模型计算得到接触角数值。
俯视法优势
| 特性 | 说明 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 凹表面测量 | 解决凹表面接触角测量难题 | 特殊形貌表面 |
| 超亲表面 | 精确测量极小接触角 | 超亲水材料 |
| 各向异性 | 多角度润湿动态行为观察 | 纹理表面、复合材料 |
双液滴同时测量并自动计算固体表面能
Dual Droplet Simultaneous Measurement
在测量固体表面能时往往需要至少两种不同的标准液体，如极性液体水和非极性液体二碘甲烷。LSA系列仪器具备一个电动注射单元驱动两种液体同时注射的功能，能够一键式同时测量两种液体的接触角，提高固体材料表面能测量实验的工作效率。
常用标准液体
| 液体 | 类型 | 用途 |
|---|---|---|
| 水 | 极性液体 | 表面能计算的标准参照 |
| 二碘甲烷 | 非极性液体 | 配合水进行表面能计算 |
超铺展测量
Super-spreading Measurement
LSA系列表面分析仪采用毛细管液面跟踪法，通过视频实时跟踪测量液体的液面高度变化，精确测量液体被吸收或铺展的体积和速率。克服了传统接触角测量仪对超铺展材料接触角接近或达到0°时无法进一步评价其润湿性的弊端。
超铺展测量特点
| 特性 | 说明 | 优势 |
|---|---|---|
| 液面跟踪 | 视频实时跟踪液面高度变化 | 精确测量铺展体积和速率 |
| 超铺展适用 | 接触角接近或达到0° | 克服传统方法无法评价的弊端 |
单一纤维的接触角测量
Single Fiber Contact Angle
单一纤维润湿接触角的测量经常应用在复合材料和特殊功能材料领域。不同于微升级液滴在平面材料上的接触角测量，单一纤维测量需要特殊的理论计算方法和高放大倍数的显微光学镜头等特殊附件。LSA系列表面分析仪可以在同一台仪器上完成普通平面材料和单一纤维材料的润湿接触角测量。
纤维测量特点
| 特性 | 说明 | 应用 |
|---|---|---|
| 特殊光学系统 | 高放大倍数显微光学镜头 | 微小纤维表面观测 |
| 专用算法 | 针对纤维几何形状的计算方法 | 复合材料润湿性评估 |
| 多功能 | 同一台仪器兼容平面和纤维 | 灵活切换测试模式 |
表面张力的测量
Surface Tension Measurement
LSA系列表面分析仪使用悬滴法对液体的表面张力或界面张力进行测量。测量方法符合国际标准ISO 19403-3/ISO 19403-4和德国工业标准DIN 55660-3。软件使用优化的Young-Laplace算法全自动计算张力，测量动态表面张力时根据张力变化自动控制悬滴体积。
表面张力测量标准
| 标准 | 编号 | 适用范围 |
|---|---|---|
| 国际标准 | ISO 19403-3/4 | 表面张力和界面张力测量 |
| 德国工业标准 | DIN 55660-3 | 涂料和油墨表面张力 |
界面扩张流变测量
Interfacial Dilatational Rheology
界面扩张流变研究表面活性分子在界面上所形成吸附膜的力学性质，通过计算界面张力对液滴表面积变化的响应规律，计算界面扩张黏弹模量等流变参数。LSA系列表面分析仪既可以做液-液界面的液滴振荡又可以做气-液界面的气泡振荡。
流变测量模式
| 模式 | 说明 | 应用 |
|---|---|---|
| 时间扫描 | 固定频率和振幅，监测模量随时间变化 | 吸附动力学研究 |
| 频率扫描 | 固定振幅，监测模量随频率变化 | 界面膜结构分析 |
| 振幅扫描 | 固定频率，监测模量随振幅变化 | 界面膜强度评估 |
全自动临界胶束浓度（CMC）测量
Automatic CMC Measurement
LSA系列表面分析仪配置两个连续进样注射单元时可使用表面张力法进行全自动临界胶束浓度的测量，其中一个注射单元进行不同浓度溶液的配置，另一个注射单元连续形成液滴，测量全过程在程序自动控制下工作，避免了使用吊片法测量时活性剂分子在铂金片上吸附所产生的影响。
CMC测量方法对比
| 方法 | 优势 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 表面张力法（全自动） | 避免铂金片吸附影响，全自动 | 表面活性剂研究 |
| 吊片法 | 传统方法 | 简单体系 |