1. 샘플 상태의 영향

샘플의 표면 특성은 접촉각 측정 정밀도를 결정하는 기초이며 주로 다음과 같은 몇 가지를 포함하여 가장 간과되기 쉬운 핵심 요소입니다.

샘플 표면의 평평도와 청결도 접촉각 측정의 핵심은 액적과 고체 표면의 경계선 (3상 접촉선) 을 포착하는 것이다. 만약 샘플 표면에 스크래치, 오목, 돌기 또는 거친도가 비교적 크다면 액적 전개가 고르지 않고 3상 접촉선이 변형되어 기기가 실제 접촉각 수치를 정확하게 식별할 수 없다.예를 들어, 거친 표면의 액체 방울은 접촉 각도 측정값이 높거나 낮으며 반복성이 매우 떨어지는 "찌르기 효과"가 나타날 수 있습니다.이와 동시에 견본표면의 오염물 (예를 들면 먼지, 기름때, 잔류용제) 은 표면의 자유에네르기를 개변하여 윤습성능에 변화를 초래하게 된다.례를 들면 금속표면의 기름때는 접촉각을 뚜렷이 증대시키고 잔류한 친수용제는 접촉각을 낮추는데 이런 오염물의 존재는 측정결과를 견본의 진실한 성능에서 벗어나게 한다.따라서 테스트 전에 초음파 세척, 플라즈마 세척과 같은 샘플을 세척하고 표면이 건조하고 잔류가 없는지 확인해야합니다.

시료의 균일성과 안정성 만약 시료가 복합재료, 코팅 또는 경도재료라면 그 표면성분과 구조의 불균일성은 부동한 위치의 접촉각의 차이가 비교적 크다.예를 들어, 코팅 두께가 고르지 않은 샘플은 얇은 코팅 영역과 두꺼운 코팅 영역의 표면이 다를 수 있으며 접촉각 측정 값에 뚜렷한 변동이 나타납니다.또한 시료의 화학적 안정성도 정밀도에 영향을 미친다. 만약 시료가 테스트 액체와 화학반응 (예: 용해, 용해, 수해) 을 일으킨다면 액적은 시간에 따라 점차 변형되고 접촉각이 지속적으로 변화하여 안정적인 측정치를 얻을 수 없다.

샘플의 전도성 (동적 접촉각 측정 대상) 은 동적 접촉각 측정 (예: 전진각, 후퇴각 테스트) 을 진행하거나 윌리엄 판법을 사용할 때 샘플의 전도성은 3상 접촉선에 대한 측정 정밀도에 영향을 줄 수 있다.절연 시료가 전도 처리를 하지 않으면 정전기 효과로 인해 액체 방울이 오프셋되거나 기기의 광전 검측 신호에 영향을 주어 측정 오차가 발생할 수 있다.

2. 기기 하드웨어 배치의 영향

계측기의 핵심 하드웨어 부품은 측정의 극한 정밀도를 직접 결정하며, 서로 다른 구성의 장비는 해상도와 안정성에서 큰 차이가 있습니다.

영상 시스템의 성능 접촉각 측정기는 영상 시스템 (카메라 + 렌즈) 에 의존하여 액적의 윤곽 이미지를 포착하며, 영상 품질은 접촉각을 정확하게 분석하는 전제이다.

카메라 해상도: 200만 화소 이상의 고해상도 카메라 (예: 200만 화소 이상) 는 액체 방울 가장자리의 디테일을 선명하게 포착하여 화소 부족으로 인한 윤곽 의합 오차를 피할 수 있습니다.저해상도 카메라는 액체 방울의 가장자리를 흐리게 하고 삼상 접촉선 식별이 정확하지 않다.

렌즈의 확대 배수와 심도: 미세한 액체 방울 (예: 1-5μL) 을 측정할 때 고배율 마이크로 렌즈를 매치해야 하며, 렌즈는 충분한 심도를 갖추어 액체 방울의 전체적인 선명한 이미지를 확보해야 한다.깊이가 부족하면 액체의 위쪽과 아래쪽이 동시에 선명하게 표시되지 않아 윤곽이 맞출 때 편차가 생긴다.

광원의 안정성과 균일성: 광원은 균일하고 부드러운 백라이트를 제공하여 액체의 가장자리에 반사광선이나 음영이 나타나지 않도록 해야 한다.만약 광원의 밝기가 불안정하거나 조사각도가 부당하면 액적윤곽이 변형되여 계기의 영상분석계산법이 변두리정보를 정확하게 추출할수 없다.

샘플링 시스템의 정밀도 샘플링 시스템 (미량 주사기 + 자동 샘플링 장치) 은 액체의 부피와 낙하 위치를 제어하며, 그 정밀도는 액체의 형태에 직접적인 영향을 미칩니다.

액적 부피의 정확성: 접촉각은 액적 부피와 일정한 관련이 있다 (소액적은 중력의 영향을 적게 받고 접촉각은 진실값에 더 가깝다. 큰 액적은 중력으로 인해 처지기 쉬워 측정값이 낮다). 따라서 액적 부피를 정확하게 통제해야 한다 (일반적으로 1~3μL 권장).수동 샘플링은 조작 오차로 인해 액적 부피가 파동하기 쉬우며, 고정밀 자동 샘플링기 (정밀도 ± 0.1 μL) 는 매번 떨어지는 액적 부피가 일치하도록 보장하여 측정 중복성을 높일 수 있다.

낙하위치의 안정성: 액적은 수직으로 시료표면의 중심위치로 떨어져야 한다. 만약 입견침의 수직도편차 또는 낙하위치가 오프셋되면 액적은 시료표면에서 미끄러져 3상접촉선이 불규칙적이고 측정정밀도가 떨어진다.

이미지 분석 알고리즘의 우열 접촉 각도의 계산은 소프트웨어의 이미지 분석 알고리즘에 의존하며 알고리즘에 따라 정밀도 차이가 큽니다.

일반적으로 사용되는 알고리즘에는 타원 적법 (축 대칭 액체 방울에 적용), Young-Laplace 방정식 적법 (중력의 영향을 받는 액체 방울에 적용), 접선법 (수동 적법, 오차가 큽니다) 이 포함됩니다.그 중 Young-Laplace 방정식은 액적의 표면 장력과 중력 균형을 합법적으로 고려하여 정밀도가 가장 높은 알고리즘으로 고정밀도 측정에 적합하다;절선법은 조작자의 주관적인 판단에 의존하며 오차는 ± 2 ° 이상에 달한다.

양질의 분석 소프트웨어는 또한 가장자리 강화, 잡음 필터링 기능을 갖추고 있어 흐릿한 이미지를 효과적으로 처리하고 윤곽 식별의 정확성을 높일 수 있다;반면 저질 소프트웨어의 알고리즘은 거칠고 이미지 소음에 방해되기 쉬워 측정 결과의 파동을 초래한다.

3. 조작방법의 영향

조작자의 조작규범정도는 측정정밀도를 보장하는 관건으로서 부당한 조작은 뚜렷한 인위적오차를 도입하게 된다.

액체 방울의 정지 시간은 액체 방울이 샘플 표면에 떨어지는 것을 제어한 후, 일정한 시간 (일반적으로 3-10초) 을 정치하여 액체 방울이 열역학적 균형 상태에 도달하도록 해야 한다.만약 정지 시간이 너무 짧고 액체가 완전히 전개되지 않으면 접촉각 측정치가 높은 편이다;만약 정지 시간이 너무 길면 액적은 증발(휘발성 액체) 또는 흡착(다공성 샘플)으로 인해 변형되어 측정값이 표류할 수 있다.

측정점의 선택과 중복 횟수는 샘플 표면의 불균등성 때문에 단일 측정의 결과는 종종 대표성을 갖추지 못한다.샘플의 다른 위치 (최소 5 개) 에서 평균 값을 최종 결과로 얻기 위해 반복적으로 측정해야합니다.한 곳에서만 측정할 경우 국부적인 결함이나 오염물로 인해 결과가 편차되기 쉽다.이와 동시에 측정할 때 견본의 변두리구역을 선택하지 말아야 하며 변두리의 표면은 중심구역과 다름에 따라 접촉각의 이상을 초래할수 있다.

교정 조작의 규범성 기기는 사용하기 전에 교정을 진행해야 하는데, 렌즈 왜곡 교정, 액적 부피 교정 및 접촉각 표준 샘플 교정을 포함한다:

렌즈의 왜곡은 액체 방울 이미지의 기하학적 변형을 초래할 수 있으므로 표준 교정판을 사용하여 왜곡 교정을 해야 한다;

액적 부피 교정은 계량법을 통해 샘플링기의 실제 출액량을 검증해야 한다;

접촉각 표준 샘플 (예를 들어 접촉각의 광택 실리콘 조각, 폴리테트라 플루오로에틸렌 조각) 은 기기의 측정 정밀도를 검증하는 데 사용할 수 있으며, 교정 결과 편차가 기기가 표시한 정밀도 범위를 초과할 경우 기기의 매개변수를 조정해야 한다.