接触角及滚动角测量仪说明书

陕西理工学院

项目名称接触角及滚动角测量仪的研制项目类别工科

项目负责人

负责人性别

负责人系别材料科学与工程学院

负责人班级

指导教师

参与人数

目录

一、本项目研究目的、意义 (1)

二、主要内容和技术关键 (2)

三、成果形式 (3)

四、测定仪结构与原理 (4)

五、试验与操作 (4)

六、使用注意事项 (6)

七、成果应用与效益评价 (7)

附录：项目组成员及分工 (8)

一、本项目研究目的、意义

1.目的：

伴随着纳米材料制备与结构分析表征技术的日益的发展成熟，超疏水性表面从理论到实践都取得了突破性的进步。对于固体来说，当液滴接触其表面时，液滴会保持它部分的形状或者在固体表面铺展开来从而形成一层薄的液膜。这一性质通常是通过测量接触角来捕述的。当水滴在固体表面上所形成的接触接近0度时，这样的固体表面分别被称作为超亲水表面；而当水滴在固体表面上所形成的接触角大于150度时，这样的固体表面分别被称作为超疏水表面。滚动角的测量与接触角的测量类似，是测量一个特定表面的润湿性的另外一种方法，也是常用的一种测量材料表面润湿性的方法。测量时试片水平放置，从0度开始以一个固定的端点逐渐倾斜，当液滴相对试片有相对移动时试片与水平面的夹角。材料表面的滚动角愈小，说明其表面润湿性越小，即疏水性越强。作为固体表面润湿性的一个极端特例，超疏水性或者超疏水材料由于其在防水、自净、减阻降噪音和光电材料等方面有极其广阔的应用前景,因此近20年来一直受到材料科学研究者的广泛关注和极大兴趣，尤其是最近的几年里更是倍受瞩

目。因此，研制出一种测量接触角及滚动角的仪器，主要用于耐水材料表面上水滴的接触角及滚动角的测量，衡量材料的耐水性能等，是非常必要的。

2.意义：

目前各厂家生产的接触角及滚动角测量仪结构较复杂，使得制造仪器的成本偏高，因此接触角及滚动角测量仪的市场价也的非常昂贵的，也是很难普及及应用的。本课题拟在保证测定精度的基础上，研制出结构合理、操作方便、制造容易的接触角及滚动角测量仪，促进该仪器的普及应用。有望使各厂家在降低生产成本的前提下制造出精度较高的接触角及滚动角测量仪，同时也为制造商们带来较高利润，也使广大消费者能够买到既便宜又称心如意的产品。

二、主要内容和技术关键

1.目标：研制出一台测定精度较高、结构合理、操作方便、制造容易的接触角及滚动角测量仪，用于耐水材料表面上水滴的接触角及滚动角的测量。

2.内容：完成接触角及滚动角测量仪的结构设计图，准备制造仪器所需的零件，将各零件组装成一台完整的接触角及滚动角测量仪，对制备出的接触角及滚动角测量仪进行调整和校验，对接触角及滚动角测量仪的外观进行美化，编写接触角及滚动角测量仪的使用说明书。

3.特色：所研制出的接触角及滚动角测量仪结构合理、操作方便、制造容易、测定精度较高，广泛用于耐水材料表面上水滴的接触角及滚动角的测量。

4.要解决的关键问题及技术关键：接触角及滚动角测量仪的结构设计要力求使测定结果精度较高，这就要求仪器的各零部件要结构紧凑，在仪器的角度测量部件上要有巧妙、创新的设计；接触角及滚动角测量仪的调整和校验要做到精确，以保证测定结果的准确。

5.解决途径：注意各零部件的连接，使其在工作时活动顺畅，仪器的角度测量部件采用旋升机构、计算机软件等，巧妙而准确地控制仪器的角度测量，采用水平仪、游标卡尺等对接触角及滚动角测量仪进行精确的调整和校验。

三、成果形式

1.接触角及滚动角测量仪的样机一台。

2.接触角及滚动角测量仪的使用说明书一份。

图1 接触角及滚动角测量仪结构图

1-铁架； 2-针管； 3-有机玻璃板； 4-螺柱； 5-合页； 6-底板；

7-铁架子； 8-螺母； 9-坐标纸； 10-挡板； 11-样品； 12-可动载物台；

注：由于条件约束在测量接触角时用数码照相机代替高清摄像头，由于为手动照相因此在测量仪结构图中略去，在获得头像后将其放入CAD软件中进行接触角的测量。

四、测定仪结构与原理

该仪器由可动载物台、底板、螺旋机构、读数机构、铁架台机构、滴水机构等组成，其结构示意图如图1所示。

接触角及滚动角测量仪在进行接触角测量时是通过滴水机构将一滴水滴到被测物品表面，并用数码照相机拍下此时物品表面的水滴的头像，再通过CAD软件来测出其接触角。而在对滚动角进行测量时是当滴水机构将一滴水滴到被测物品表面时，通过螺旋机构将可动载物台慢慢抬起，当样品表面上的水滴刚开始发生滚动时这时停止旋转，并让可动载物台静止，接着在读数机构中读出可动载物台此时转过的角度，即为滚动角。

五、试验与操作

接触角的测量：

1.将被测式样放上可动载物台并和挡板的边挨住。

2.通过缓慢旋转针管上方的螺栓从而使一滴水从针管到达被测物表面。

3.操作者用数码照相机拍下此时被测物表面的水滴，并将拍下的图片上传到电脑上。

4.将上传的图片在CAD制图软件中打开，通过此软件测量出其滚动角。

滚动角的测量：

1. 将被测式样放上可动载物台并和挡板的边挨住。

2. 通过缓慢旋转针管上方的螺栓从而使一滴水从针管到达

被测物表面。

3.通过缓慢旋转可动载物台中的螺柱从而让可动载物台缓缓上升。

4.当被测式样上的水滴刚开始滚动时停止旋转并从可动载物台后方的坐标纸上读出箭头所指的角度，此角度即为滚动角。

六、使用注意事项

1.在使用仪器前先检查坐标纸上的零刻度线是否与可动载物台前方的的箭头对其，如果没有应该进行调节。

2.在拧动螺柱时，不易旋转过快，以免在被测试样表面滴水的数量过多，或者在被测试样表面的水滴已经开始滚动了载物台还未静止。

3.实验结束后，将仪器擦拭干净，并定期在相应部件上加注适量润滑油，保持各部件活动灵活,防止生锈。

七、成果应用与效益评价

1．成果推广及应用前景分析

材料表面的接触角和滚动角的测量是衡量材料的润湿性能的重要方法。固体表面对于液体的润湿性(又称浸润性)是固体的一个非常重要的性质，它在工业、农业以及日常生活中发挥着非常重要地作用。自然界中植物根部对水的吸收，建筑物外墙上的水渍和眼镜上的水雾等，都与其袭面润湿性能有关。对于工程材料来说，对水或其它的腐蚀性液滴的超疏行为可以大大的加强它