접촉각/표면장력계: 원리에서 응용까지 전면적인 해석

접촉각과 표면장력은 재료표면과학의 핵심매개변수로서 전자는 액체가 고체에 대한 윤습성을 반영하고 후자는 액체표면분자간의 내중력을 표징한다.접촉각/표면장력기는 광학영상과 수학모델링기술을 통해 미시액적형태를 량화수치로 전환시킨다.

1. 테스트 원리: 인터페이스 역학에 기초한 정밀 계량화

Young 방정식 및 윤습성 판정

액방울이 고체 표면에 닿으면 고-액-기 3상 계면의 장력이 균형을 이루며 접촉각이 형성된다. Young 방정식(감마_sv = 감마_sl + 감마_lv cos ○)은 접촉각과 표면의 자유에너지의 관계를 밝혀낸다. ○<90°는 친수 표면(물이 유리에 펼쳐진 경우), ○>90°는 소수 표면(잎에 수축된 경우)이다.이 방정식은 접촉각 측정의 이론적 기초이다.

동적 접촉각과 지연 현상

액체 방울의 전개와 반축 과정을 제어하여 전진 접촉각 (액체 미윤습 구역) 과 후퇴 접촉각 (액체 미윤습 구역) 을 측정할 수 있다.접촉각이 뒤떨어질수록(○ ○ = ○ _ adv- ○ _ rec) 표면의 거칠음이나 화학적 불균등성이 현저하다는 것을 나타낸다.예를 들어, 초소수 표면 (× > 150 °) 의 정체각은 일반적으로 5 ° 미만이지만 거친 금속 표면의 정체각은 30 ° 이상에 달합니다.

표면 장력 측정 방법

현적법: 액적 윤곽의 기하학적 매개변수 (예: 지름 비 D/d) 를 분석하여 Young-Laplace 방정식과 결합하여 표면 장력을 계산합니다.이 방법은 금속이나 부식성 액체를 고온에서 녹이는 데 적용된다.

백금판법: 모래를 뿌려 처리한 백금판을 액체에 담그고 표면장력과 계기의 역방향력이 균형을 이룰 때 침입깊이를 통해 표면장력치를 환산한다.증류수 테스트는 5초 안에 완료할 수 있으며 정밀도는 ±0.1mN/m에 달한다.

2. 테스트 과정: 샘플 제조에서 데이터 분석에 이르는 표준화 절차

샘플 준비 및 사전 처리

블록형/박막 샘플: 사이즈는 2cm×2cm 이상이어야 하며 표면 평평도 오차는 ≤5μm이다.광섬유와 같은 벤드 서피스의 경우 3D 접촉각 테스트 기술이 필요합니다.

분말 샘플: 적외선 압착기를 사용하여 압착하여 조각을 만들고, 두께는 ≥1mm이다. 샘플이 금형에 붙으면 표면에 측량지를 깔 수 있다.

액체 샘플: 표면 장력 테스트는 ≥ 1mL, 순도 요구 ≥ 99.9% (예: 2차 증류수).

데이터 수집 및 시뮬레이션 알고리즘

정적 접촉 각도: Young-Laplace를 사용하여 합법적(정밀도 ± 0.5 °) 또는 접선법(× < 120 ° 에 적용).비축 대칭 액적 (예: 좌/우 접촉 각도 차이 > 10 °) 의 경우 ADSA-RealDrop 알고리즘을 사용합니다.

동적 접촉 각도: 경사대(0-90°)를 통해 스크롤 각도를 측정하거나 액체 방울의 체적 변화율(0.1-10 μL/s)을 제어하여 전진/후퇴 각도를 포착합니다.

표면 자유 에너지 계산: Owens-Wendt 모델(극성/비극성 표면에 적용) 또는 Fowkes 모델(저에너지 표면에 적용)을 기반으로 물, ****, 에틸렌글리콜과 같은 알려진 표면 장력이 최소 3가지인 액체의 접촉각을 측정해야 한다.