技术文章 / Technical articles
接触角测量仪作为固体界面化学性质分析的仪器，自1940年代开始由Zisman教授团队提出并由R.J.Good团队，以及A.W.Neumann团队进行升级。一直到20世纪90年代，接触角测量仪停留在是角器阶段，即通过简单的量测物理意义上的角度，简单的评估一下材料的亲疏水性质。而真正的接触角测量仪是由A.W.Neumann教授团队提出ADSA-P算法后才得到的改变。ADSA-P算法实现了将重力、表面张力、接触角值综合参与运算，因而，测试的接触角值更有表征意义，更能够体现为界面化学性质中的固体的物理化学性质。20世纪90年代同期，有一些研究人员同样的提出了一些基于Young-Laplace方程拟合技术测试接触角值，但是，其测试算法由于采用了Select Plane的多项式拟合技术，因而，测值的应用范围以及测试的应用领域，对测试样品的要求均有不同的要求。虽然在学术领域，Young-Laplace方程拟合技术的接触角测量仪器没有得到研究人员的认可，但是，在商业化的接触角测量仪领域，国外的接触角测量仪与国内接触角测量仪形成的明显的区别。
近年来，中国的接触角测量仪厂商也出现了许多新的公司。这些公司的宣传接触角测量仪的产品中与国外的接触角仪事实上在宣传内容上已经非常接近。
如下所示是一个国外的接触角测量仪的技术指标，一个是国内的接触角测量仪的技术指标。
接触角测量仪技术指标：
1) 可测样品体积：350 x ∞ x 180mm（L×W×H）
2) 接触角测量范围：0 - 180°，分辨率：+/- 0.01°
3) 光学系统：软件控制可连续调节光强的LED光源
4) 软件控制摄像速度，相机速度不低于200帧/秒，且满足分辨率130万像素条件下
5) 相机采用高分辨率1/2’’CMOS传感器
6) 相机光学4.5倍连续放大，焦距12mm连续可调
7) 相机拍摄角度正负3度可调
8) 样品台尺寸：大于100 x 100mm，样品台垂直方向手动控制位移不小于40mm
9) 滴定系统：配备一套单液体手动滴定系统，针头式滴定，可更换液体，精度0.1uL/min
10) 软件系统：能自动录相、实时回放和重新计算功能，接触角实时分析
10.1) 接触角测量：测量静态、动态接触角（前进角和后退角），测量过程可以拍摄存储，提供椭圆法，圆法，高宽法等自动拟合方法，基线调整自动、手动、水平、曲面等方法
配置电脑：戴尔灵越3670电脑整机（i5-8400 8G DDR4 2666MHz 128G SSD 1T 2G）" 台 1
再看看另一个接触角测量仪的技术指标：
水滴角测试仪 SPEC
1） 带表面张力和表面能测试软件功能
2） 带标准校正标样
工作台面尺寸：120mm*150mm
? 工作台移动：
a) 前后移动 手动，行程80mm，精度0.1mm b) 左右移动 手动，行程80mm，精度0.1mm c) 上下移动 手动，行程80mm，精度0.1mm
? 样品台尺寸：10寸
? 进样器移动：上下100mm; 左右100mm
? 工业镜头移动：前后180mm（微调3mm）
? 工业镜头：0.7X *-4.5X高清远心连续变倍变焦显微镜
? CCD：SONY原装进口高速工业级芯片；25帧/S、60帧/S、300帧/S、1000帧/S（标配25帧/S；可选配）
? 镜头角度可调试：仰视、平视、俯视多视角观察
? 光源：LED可调节蓝色基调工业级冷光源；使用寿命达贰万伍仟小时以上
? 电源及功率：220V / 60HZ
分析软件：
（1）国内的接触角测量分析软件自动椭圆拟合法（一键自动拟合，不存在人工误差）包括：
圆法拟合（Circle method）（适用于低角度接触角测量）
椭圆/斜椭圆拟合法（Ellipse/Oblique ellipse）（适用于高角度接触角拟合）
LY（应用于120°以上高角度接触角测量）
微分椭圆法/微分圆法（Differential circle / Differential ellipse）（应用于不规则液滴形态接触角的拟合）
（2）动态接触角拟合包括：
润湿性能测试（Wettability）（应用于慢性吸收材料、润湿材料的表面吸收或润湿性能测试，批量处理）
视频拟合（Video analysis）（应用于吸收或润湿速度较快的样品的吸收或润湿性能测试，视频动态处理）
（3）动态表面/界面张力测量（Measurement of dynamic surface / interfacial tension）（测量液体整个过程的张力变化趋势，更的判定其真实的表面/界面张力）
（4）表面能量计算（Surface energy）（使用主流的多种表面能计算方式测量对固体表面能量进行分析）
（5）粘附功（Adhesion work）等多功能测试
规格：
? 接触角测量范围：0-180°
? 接触角测量精度：±0.1°
? 表界面张力测量范围：0-2000mN/m；测量精度：0.01 mN/m
? 高精度自动滴液系统：软件高精度滴液系统；滴液精度：0.0 1μl
? 接触角高精密仪器校准片：德国原装进口接触角角度校准标准片3°5°8° ；60°90°120°；115°（选配）
第二个技术指标事实上是国内的仪器的技术指标，仅从内容的丰富程度来看，第二个技术指标的丰富程度甚至比个国外的接触角测量仪的技术指标还好。
但是，从选购仪器而言，我们不建议以看热闹的方式来处理，而应抓住本质，特别是接触角测量的本质来分析。
事实上，我们的结论很简单，如上两款接触角测量仪均是不符合要求的接触角测试装置。理由如下：
1、接触角测量是用于测试样品上的水滴与其形成的液滴形状的。事实上，由于样品上表面本身不水平或仪器加工问题导致样品台表面水平与镜头水平度不一致，极可能产生左右接触角值不一致。同时，由于化学多样性、表面粗糙度、表面结构的异构性存在，接触角形成的液滴98%以上均是非对称的。
其于如上理论，如上两款仪器的硬件加工中根本没有将如何测试事实存在的非对称性以及样品台如何调整水平这个关键技术要点列出。因而，根本无法符合现代接触角测量的高要求。
事实上，测试的接触角值本身就是一个微量的纳米级或mN级的能量指标，因而，微小的变化均会对测值结果产生明显的影响。所以，接触角测试仪器的设计必须符合这个要求。
2、接触角测量仪的算法因符合如上非轴对称要求。
而如上两个接触角测量仪将指标中的算法仅提供了圆、椭圆或宽高法，这些算法就是如上我们提及的量角器的概念。无法用于界面化学的测量。事实上，国外的仪器与国内的仪器的区别在本质上而言就是算法，即国外的仪器至少提供了入门接触角测量的Young-Laplace方程拟合法，虽然这个方法已经无法满足现代接触角测量的高要求了，但是，至少在精度和数据的可靠性和科学依据方面远远优于椭圆拟合等量角器技术。
但是，国外的仪器厂家却因为Young-Laplace方程的缺陷在于无法测试左、右角度值，而本末倒置的放弃了这个方法，只提椭圆拟合。
如果诚如这样的话，仅从技术指标而言，客户选购接触角测量仪极可能会受到国产接触角仪厂家的误导，认为国内的仪器和国外的没有区别！但是，我们在此强调，接触角测量仪非椭圆拟合等量角器所能比的。
3、样品台水平控制和镜头水平控制必须微米级精度。
