Thiết bị đo góc tiếp xúc thực sự thông minh với hệ thống đo góc giọt nước: TrueDrop ®/ RealDrop ® Tích hợp đa chức năng của nền tảng trong nghiên cứu độ ẩm bề mặt

Tóm tắt

Dụng cụ đo góc tiếp xúc và dụng cụ đo góc giọt nước được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu độ ẩm của vật liệu, tính chất vật lý của giao diện, đánh giá độ sạch và hiệu quả sửa đổi bề mặt. TrueDrop của KINO Science Instruments ® với RealDrop ® Loạt, trên cơ sở phương pháp kiểm tra độ căng bề mặt và góc tiếp xúc truyền thống, kết hợp đo quang học, đo cơ học và chức năng phân tích cấu trúc ba chiều để hình thành một nền tảng đa chức năng tích hợp. Bài viết này mô tả các nguyên tắc cốt lõi, thành phần chức năng, phân loại mô hình và chiến lược ứng dụng của loạt máy đo góc giọt nước này trong phát hiện độ sạch của chất lỏng, nhận dạng ô nhiễm bề mặt rắn và phân tích giao diện phức tạp. Bằng cách kết hợp các nguyên tắc đầu tiên, phương pháp đo lường cơ học với các thuật toán phân tích hình ảnh, TrueDrop ®/ RealDrop ® Hệ thống đo góc tiếp xúc đã cung cấp công cụ biểu diễn định lượng tính ướt tương đối toàn diện cho lĩnh vực nghiên cứu khoa học và kỹ thuật.

I. Cơ sở kỹ thuật và xu hướng phát triển của dụng cụ đo góc tiếp xúc và dụng cụ đo góc giọt nước

1.1 Ý nghĩa khoa học của đo tiếp xúc

Góc tiếp xúc phản ánh sự tương tác giao diện giữa chất lỏng và chất rắn và là một chỉ số quan trọng để đánh giá hành vi làm ướt, trạng thái năng lượng giao diện và hiệu quả xử lý bề mặt. Trong các lĩnh vực nghiên cứu như đặc tính vật liệu, phát triển lớp phủ bề mặt, thiết kế hệ thống điều khiển dòng chảy vi mô, giao diện vật liệu sinh học, đo góc tiếp xúc đã trở thành một phương pháp phân tích tiêu chuẩn và được sử dụng rộng rãi.

1.2 Xu hướng tiến hóa của thiết bị đo góc giọt nước

Máy đo góc giọt nước truyền thống chủ yếu là phương pháp Sessile Drop quang học, mặc dù cấu trúc đơn giản và hoạt động trực quan, nhưng có những thiếu sót trong nhận dạng ô nhiễm và phân tích bề mặt phức tạp. Trong những năm gần đây, nền tảng đo góc giọt nước đa chức năng như xử lý hình ảnh quang học tích hợp, kiểm tra cơ học căng thẳng bề mặt, tái cấu trúc ba chiều đã dần nổi lên để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thử nghiệm giao diện bảng vật liệu hiện đại.

Hai, TrueDrop ®/ RealDrop ® Cấu trúc và nguyên tắc của hệ thống đo góc tiếp xúc

2.1 Tiếp xúc quang học và mô-đun đo độ căng giao diện

Trích xuất hồ sơ giọt với máy ảnh độ phân giải cao và thuật toán nhận dạng hình ảnh, thông qua ADSA ® Advanced Dynamic and Static Analysis mô hình hóa vi phân phương trình Young-Laplace để tính toán góc tiếp xúc và độ căng giao diện. Phương pháp này dựa trên mô hình vật lý lý thuyết cho các giọt dưới các hệ số Bond khác nhau, phá vỡ giới hạn của các thuật toán truyền thống chỉ hoạt động trong phạm vi 0,4-0,75.

2.2 Mô-đun đo sức căng bề mặt cơ học

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp tấm Wilhelmy, sức căng bề mặt của chất lỏng được tính toán chính xác bằng cách ghi lại lực nổi và độ bám dính. Mô-đun này có thể được sử dụng để xác định sự thay đổi sức căng bề mặt do dư lượng hữu cơ, chất hoạt động bề mặt hoặc chất lỏng làm sạch, từ đó đánh giá độ sạch của bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn, nâng cao độ chính xác và khả năng giải thích của phép đo.

2.3 Mô-đun phân tích cấu trúc hàng đầu và ba chiều

Thông qua hệ thống hình ảnh hàng đầu và công nghệ mô hình 3D, thông tin cấu trúc liên kết hoàn chỉnh của khu vực tiếp xúc giọt có thể thu được và phân tích phân bố góc tiếp xúc theo hướng có thể được thực hiện, thích ứng với các nghiên cứu độ ẩm của các bề mặt chức năng khác nhau và vật liệu vi cấu trúc.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

3.1 Độ sạch của chất lỏng: Phương pháp thả treo để phát hiện ô nhiễm chất lượng nước

Sử dụng phương pháp treo với phương trình Young-Laplace, hệ thống phát hiện sự thay đổi độ căng giao diện thực tế của mẫu nước, xác định sự sai lệch về tính chất vật lý do ô nhiễm. So với phương pháp truyền thống mặc định sức căng nước không thay đổi, TrueDrop ®/ RealDrop ® Hệ thống đo lường có hiệu quả trong việc tránh các phép đo góc tiếp xúc không chính xác do lỗi ô nhiễm.

3.2 Độ sạch rắn: đảo ngược trạng thái bề mặt thông qua sức căng giọt nước

Đối với bề mặt rắn có thể có dầu mỡ, chất tẩy rửa hoặc dư lượng hóa học, phương pháp tấm bạch kim có thể đánh giá trạng thái bề mặt thông qua sự thay đổi sức căng bề mặt do giọt nước hình thành, cung cấp hỗ trợ dữ liệu khách quan để xác minh hiệu quả làm sạch và kiểm soát chất lượng, đặc biệt thích hợp cho việc xử lý dư lượng không thể được phân tích bằng các mẫu quang học khác.

IV. Chiến lược đo lường đa chiều hướng tới các bề mặt cấu trúc và chức năng phức tạp

4.1 Hình ảnh trên cùng và ánh xạ góc tiếp xúc định hướng

Sử dụng thuật toán hình ảnh và hình ảnh hàng đầu để tạo ra bản đồ phân bố góc tiếp xúc định hướng, đánh giá tác động của cấu trúc bề mặt hoặc tính không đồng đều hóa học đối với hành vi làm ướt, thích hợp cho thiết kế vi cấu trúc, kiểm tra tính đồng nhất của lớp phủ và đặc tính chức năng cục bộ.

4.2 Phân tích kết hợp hình dạng ba chiều và góc tiếp xúc

Máy đo góc tiếp xúc mô hình C60 kết hợp với ánh sáng kết cấu hoặc công nghệ đồng tập trung để lấy hình dạng vi mô của mẫu và phân tích liên kết với đường viền giọt, chẳng hạn như trạng thái Cassie-Baxter và nhận dạng trạng thái Wenzel, có giá trị ứng dụng quan trọng cho phân tích cấu trúc siêu kỵ nước, siêu ưa nước hoặc điều chỉnh giao diện.

Năm, TrueDrop ®/ RealDrop ® So sánh mô hình loạt và phù hợp với ứng dụng

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Dụng cụ đo góc tiếp xúc và dụng cụ đo góc giọt nước là công cụ quan trọng để phân tích bề mặt vật liệu, đang tiếp tục tiến hóa theo hướng tích hợp đa chức năng và độ chính xác cao. TrueDrop ®/ RealDrop ® Hệ thống cung cấp một con đường định lượng toàn diện và tinh tế hơn cho hành vi làm ướt phức tạp bằng cách kết hợp hình ảnh quang học, đo lường cơ học và phân tích hình dạng.
Với sự đa dạng hóa các kịch bản ứng dụng vật liệu, tiềm năng ứng dụng của hệ thống trong tương lai trong các lĩnh vực tiên tiến như điều khiển dòng chảy vi mô, giao diện sinh học và bề mặt thông minh đáng được khai thác hơn nữa, các nền tảng đo lường liên quan cũng sẽ tiếp tục tối ưu hóa và nâng cấp theo hướng mô đun hóa và thông minh hóa.