根据接触角数值可明确表面润湿性分类:接触角<90°时,固体表面为亲水表面,液体可在表面部分铺展;接触角>90°时,为疏水表面,液体呈液滴状附着;接触角>150°且滚动角<10°时,为超疏水表面;接触角<5时,为超亲水表面。
接触角测试仪器的核心分类依据是测试方法,主流类型包括座滴法仪器、悬滴法仪器、躺滴法仪器、毛细管上升法仪器等。
座滴法仪器因操作简便、适用范围广;它的核心原理是:将一定体积的液体滴落在水平放置的固体样品表面,形成稳定液滴后,通过光学系统捕捉液滴图像,再通过图像处理计算接触角。该方法适用于增粘HMDS预处理系统在光刻工艺中,各种衬底增粘工艺。及抗粘剂蒸镀机处理工艺,在纳米压印抗粘层工艺制备,超疏水性处理。
该方法适用于固体样品,可测试静态、前进、后退接触角,液体体积通常为1~5μL,液滴过大易因重力变形,过小易受表面粗糙度影响。使用静滴法测量前进与后退接触角的原理。
悬滴法仪器主要用于测试液体表面张力与液体在固体表面的接触角,核心原理是:将液体悬挂在毛细管末端,形成悬滴后捕捉图像,通过液滴形态计算表面张力,再结合Young方程推导接触角。该方法
该方法适用于液体粘度较高、固体样品不易水平放置的场景(如纤维、管状样品)。适用于纤维介孔材料、毛毡、卷毡等憎水性处理系统。
躺滴法仪器适用于超亲水或超疏水表面,当液体在固体表面铺展速度较慢时,通过捕捉液滴“躺卧”状态的图像计算接触角,避免因快速铺展导致的图像模糊。
毛细管上升法仪器则通过测量液体在毛细管内的上升高度,结合公式计算接触角,适用于粉末样品或多孔材料,硅烷气相沉积系统处理后的润湿性测试。
