技术文章 / Technical articles
固体材料的物理化学性质常用的测试指标为接触角值。为了将测试数据进行可比较或对固体材料的性质进行规范、统一的评估，通常采用水接触角值也称为水滴角值来表征固体材料的性质。而测试水滴角的分析测试仪器即为水滴角测量仪。水滴角测量仪测值的核心应包括：
1、水滴角测量仪测值水滴角值时采用何种水？或探针液体所用的水的表面张力值是多少？是否稳定？
通常情况下采用二次蒸馏水作为测试水滴角值的探针液体。众所周知，温度不同，水的表面张力值通常也会变化。20度时，二次蒸馏水的表面张力值为72.8mN/m，25度时蒸馏水的表面张力值为72mN/m。因而，采用水滴角测试仪测得的水接触角值或水滴角值因不同的表面张力值的探针蒸馏水而略有不同。
同时，使用过十万分之一分析天平作为核心称重传感器的表面张力仪的用户会知道，如果水受污染（比如将手指放入到测试蒸馏水中），表面张力值会有明显变化，即水的表面张力值测试很敏感，非常容易受到污染，因而此时如果用污染后的只有65mN/m左右的蒸馏水去测试固体材料的接触角值时，测值结果与标准的蒸馏水表面张力值为72mN/m时，会存在明显的区别。
2、水滴角测试仪的基本原理是什么？
目前市场上有很多自称是“水滴角测量仪”的分析仪器，通常这些仪器是将卧式显微镜或平整度分析仪增加一个进液装置后，再采用简单的量角度软件（如圆拟合分析工具、椭圆拟合分析工具）进行测量。通过如上描述，用户就会明显看出，这样的仪器只能是基于显微镜的一个量测二维条件下的水滴轮廓的角度的工具而已。
如上1所述，水滴角值是表征固体材料物理化学性质值，这个值属于物理化学领域。且由于如下固体材料客观存在的原因：
（1）表面粗糙度：导致各视角条件下角度可能有不同；
（2）化学多样性：比如生锈的铁锈位置与没有生锈的位置，膜表面的不均匀等等；
（3）异构性：表面的晶体生长方向、如水稻叶表面一张的经纬方向不同等。
等等
造成了客观存在的侧视条件下测试水滴角值时在三维角度下易形成的左、右、前、后各位置的不同接触角值的变化。
举例而言，晶圆表面蚀刻后形成的纳米级的结构易造成不同视角下的接触角不同；液晶防指纹效果中表面镀膜不均匀造成的角度变化；PCB板滴液时水滴横跨了铜片和树脂基板等造成角度变化等；等离子清洗后没有清洗干净造成一滴水滴左、右也存在角度变化等等。
这些均事实上对水滴角的测量提出了非常高的要求，因而，也不是7000元左右的卧式显微镜或平整度分析仪改制而来的国产的或一些进口“接触角测量仪”厂商所认为的这么简单。不深究水滴角测试仪、预算有限的用户很容易被这些销售人员以各种方法所所利诱。
对于如上因素综合作用下的水滴角测量而言，其基本的原理应为：
（1）综合考虑重力、表面张力、接触角并进而分析出相应的角度值；
（2）能够分析3D条件下或判断左、右角度值的变化。
对于如上个条件，20世纪90年代的A.W.Neumann教授团队提出的用于测量表面张力或界面张力值的Young-Laplace方程拟合技术可以解决。但是对于第二个条件，Young-Laplace方程的轴对称假设使得其无法满足要求。
近年来，上海梭伦作为美国科诺的战略投资公司创造性的提出了阿莎算法（ADSA-RealDrop），基于Young-Laplace方程并进行升级，实现了3D接触角值的测量，将水滴角测量仪真正提升至可真正分析固体材料复杂的非轴对称的接触角测值阶段。
3、如何选购水滴角测量仪？
综合如上，我们建议，水滴角测量仪应基于如下基本要求，千万不能被销售人员用“数码量角器”所误导，浪费。
（1）要求必须采用阿莎算法或类似的基于Young-Laplace方程的非轴对称分析算法，验证办法是让供应商采用Young-Laplace方程算法测试前进、后退角并分析相应的本征接触角值；
（2）必须采用微米级微分头控制的二维水平调整机构作为仪器的样品台和镜头的水平调整部件，且要求必须是各自独立调整水平。以部分厂家采用仪器四脚水平调整的方式，认为这样就是样品台的调整，或者认为通过XYZ调整样品台即可完成水平调整，这些销售人员的说法是错误的。如果仪器通过四脚调整出了水平，但放上去的样品出现了不水平，就会导致或挡光看不到接触基线或倾斜后左右角度值出现变化，这些均会明显影响角度值，通常为6－9%左右。
（3）应采用3D水滴角工具而非二维的玻璃板校准仪器。
而其他的如样品台的XYZ调整功能，进液器的上下移动功能等等事实上也平整度分析仪或卧式显微镜差不多，只是对于水滴角测试仪而言，加工精度略有要求。比如：
（1）样品台的升降不能采用齿红齿条的结构，不然使用一段时间或放重物后会出现不受控制的向下滑动。而且，上下位置的控制精度非常低。
建议水滴角测量仪应采用微分头控制的高精度升降机构。
（2）样品台XY控制的移动精度要求对于小位置测点非常高，建议采用螺距为0.5或1mm的高精度光学平移台；
（3）移液控制，即进液器的上下移动的控制螺距就为0.5mm，否则很容易针头弄坏样品表面。
