光学接触角测试原理

光学接触角测试原理

一、引言

光学接触角测试是一种常见的表面测量技术，可以用于评估液体与固

体表面之间的亲疏性。该技术可以在不破坏样品的情况下，快速、准

确地测量接触角，并提供有关样品表面特性的有用信息。本文将介绍

光学接触角测试的原理。

二、接触角定义

接触角是指液滴与固体表面之间形成的夹角。它由三个部分组成：液

滴边缘与固体表面之间形成的夹角、液滴内部与水平面之间形成的夹

角以及液滴内部与固体表面之间形成的夹角。其中最重要的是第一个

夹角，也称为接触角。

三、接触角测量方法

1.静态法：静态法通过拍摄样品上液滴图像来测量接触角。该方法需要在恒定温度和湿度下进行，以确保实验结果准确可靠。

2.动态法：动态法通过记录液滴在固体表面上移动的过程来计算接触角。该方法可以用于评估具有不同粘度和流动性质的液体的表面亲疏性。

四、光学接触角测试原理

光学接触角测试是一种非接触式的测量方法，它利用了固体表面和液

体之间反射和折射光线的差异。在这种测试中，使用一个高分辨率摄

像机记录液滴与固体表面之间的图像，并通过计算机软件对图像进行

分析，以确定接触角。

具体来说，该方法利用了菲涅尔反射和透射现象。当光线从空气中穿

过液滴并达到固体表面时，它会发生反射和透射。反射光线将从固体

表面反弹回来，并形成一个倒影。透射光线将穿过液滴并继续向下传播，但由于它们通过了液滴和固体表面之间的界面，因此它们会发生

折射。这些反射和折射现象产生了一个明暗交替的图案，称为牛顿环。

牛顿环是一种由圆环组成的图案，在圆心处存在一个明亮的区域。该

区域对应于液滴与固体表面之间形成的夹角处。通过测量该区域的直

径和半径，可以计算出接触角。

五、光学接触角测试优点

1.非接触式测量：相比传统的接触角测量方法，光学接触角测试无需将液滴放置在固体表面上，因此不会对样品造成损害。

2.高精度：该方法可以提供高精度的接触角测量结果，并且可以用于评估具有不同粘度和流动性质的液体。

3.快速：光学接触角测试可以在短时间内完成，因此适用于大批量样品的测试。

六、总结

光学接触角测试是一种快速、准确、非破坏性的表面测量技术。该方法利用了固体表面和液体之间反射和折射光线的差异，通过计算机软件对图像进行分析，以确定接触角。该方法具有非接触式测量、高精度和快速等优点，在材料科学、化学工程等领域得到广泛应用。