I. Introducción

1.1 Importancia de la medición del ángulo de contacto en la ciencia de los materiales y las aplicaciones industriales
En el campo de la ciencia de los materiales, los medidores de ángulo de contacto son herramientas clave para evaluar la humectabilidad de los materiales, que pueden reflejar con precisión la interacción entre la superficie de los materiales y el líquido. El tamaño del ángulo de contacto medido por el medidor del ángulo de contacto puede juzgar la hidrofilicidad o hidrofobicidad del material, que es crucial para el desarrollo de nuevos materiales funcionales (como recubrimientos impermeables y materiales superhidrofóbicos). En aplicaciones industriales, los medidores de ángulo de contacto ayudan a optimizar los procesos de producción, como en las industrias de impresión y pintura, mejorando la calidad del producto y la eficiencia de la producción regulando la humectabilidad de la superficie del material. En el campo de la medicina, El medidor de ángulo de contacto se puede utilizar para estudiar la interacción entre los portadores de medicamentos y los organismos vivos, proporcionando una base importante para la investigación y el desarrollo de medicamentos. En el campo de la microelectrónica, los medidores precisos de ángulo de contacto pueden garantizar la limpieza y fiabilidad de la superficie del dispositivo, lo que es de gran importancia para promover el progreso científico y tecnológico.

1.2 Conceptos y diferencias en la diversidad química y la limpieza de la energía libre en superficies sólidas
La diversidad química de la energía libre en la superficie sólida se refiere a la desigualdad de la energía libre en la superficie causada por diferencias microscópicas como la composición química de la superficie y la distribución de grupos funcionales. La limpieza de la superficie sólida se refiere al Estado en el que la superficie no está cubierta por impurezas como contaminantes orgánicos. Los dos están estrechamente relacionados, la diversidad química afectará la medición y el juicio de la limpieza de la superficie, y la limpieza afectará la medición precisa de la energía libre de la superficie. Si hay contaminantes en la superficie, incluso si la composición química es uniforme, El medidor de ángulo de contacto se desviará del valor real debido a la influencia de los contaminantes. Por lo tanto, distinguir claramente los dos es crucial para el uso preciso de medidores de ángulo de contacto y la comprensión de las propiedades de la superficie sólida.

II. efectos de la diversidad química de la energía libre en la superficie sólida en la medición del ángulo de contacto

2.1 El mecanismo por el que la heterogeneidad química superficial conduce a la heterogeneidad del ángulo de contacto
La falta de uniformidad química de la superficie puede causar la heterogeneidad del ángulo de contacto. Cuando hay diferencias en la composición química, la distribución de grupos funcionales o la orientación de la superficie cristalina en la superficie sólida, la energía libre de la superficie varía de una región a otra, y el comportamiento de propagación de las gotas en diferentes regiones también será diferente. Por ejemplo, en la superficie del cristal, las diferentes alineaciones atómicas y la intensidad de Unión de las diferentes superficies cristalinas hacen que las gotas tengan un ángulo de contacto más pequeño en algunas superficies cristalinas, mientras que un ángulo de contacto más grande en otras superficies cristalinas, mostrando así heterogeneidad. El medidor de ángulo de contacto puede capturar este fenómeno isotrópico.

2.2 Relación entre el fenómeno del retraso del ángulo de contacto y la diversidad química superficial
El retraso del ángulo de contacto se refiere a la desigualdad entre el ángulo de contacto hacia adelante y el ángulo de contacto hacia atrás durante la expansión y contracción de las gotas. La diversidad química superficial es uno de los factores importantes que conducen al retraso del ángulo de contacto. En la superficie de la diversidad química, las gotas deben superar la resistencia de las áreas de alta energía libre al expandirse para formar un mayor ángulo de contacto hacia adelante; En el momento de la retracción, la adherencia de la zona de baja energía libre es fuerte, lo que resulta en un pequeño ángulo de contacto hacia atrás. Cuanto mayor sea el grado de diversidad química superficial, más obvio será el retraso del ángulo de contacto. El medidor de ángulo de contacto puede medir con precisión este fenómeno de retraso.

2.3 Método para evaluar la diversidad química de la superficie a través del ángulo de contacto Apex
El método de análisis del contorno del ángulo de contacto superior juzga la diversidad química de la superficie fotografiando la vista superior de las gotas y analizando la forma del contorno de la línea de contacto. Si la química de la superficie es uniforme, el contorno de la línea de contacto es redondo u ovalado regular; Si hay diversidad química en la superficie, el contorno de la línea de contacto aparecerá en forma irregular. Al analizar el contorno de la línea de contacto a través del software de procesamiento de imágenes, se pueden calcular los valores del ángulo de contacto en diferentes direcciones, y luego se puede juzgar la diversidad química de la superficie. El medidor de ángulo de Contacto ha desempeñado un papel importante en este proceso.

2.4 Fiabilidad de la medición del ángulo de contacto lateral y el ángulo de contacto izquierdo y derecho
Las mediciones del ángulo de contacto lateral y el ángulo de contacto izquierdo y derecho tienen cierta fiabilidad en la detección de la diversidad química de la superficie, pero son vulnerables a los errores de ángulo de visión. Al girar la muestra y tomar imágenes de visión lateral desde diferentes ángulos, se pueden obtener varios valores de ángulo de contacto de visión lateral. Si estos valores fluctúan significativamente, indica la existencia de diversidad química en la superficie. La medición del ángulo de contacto izquierdo y derecho juzga la uniformidad química de la superficie observando las diferencias en el ángulo de contacto entre los lados izquierdo y derecho de la gota. El medidor de ángulo de contacto puede ayudar a reducir el error de ángulo de visión.

2.5 Método de fluctuación del ángulo de contacto de múltiples gotas de agua para juzgar la diversidad química superficial
El método de fluctuación del ángulo de contacto de varias gotas de agua mide el valor del ángulo de contacto de cada gota de agua goteando varias gotas de agua en una superficie sólida. Si la química de la superficie es uniforme, el ángulo de contacto de cada gota de agua debe ser cercano; Si hay diversidad química en la superficie, el ángulo de contacto fluctuará mucho. La diversidad química superficial se puede juzgar mediante el análisis estadístico de la desviación estándar o el coeficiente de variación del ángulo de contacto. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos en este método.

III. efectos de la limpieza de la superficie sólida en la medición del ángulo de contacto

3.1 El mecanismo de los contaminantes orgánicos para reducir la tensión superficial del agua de prueba
Los contaminantes orgánicos reducen la tensión superficial del agua a través de sus propiedades coloidales y grupos hidrofóbicos. Por ejemplo, los contaminantes orgánicos naturales, como el ácido húmico, se absorben en la superficie a través de la acción hidrofóbica, el intercambio de coordinación y la acción de enlace de hidrógeno, formando micelas y reduciendo la tensión superficial del agua. Los contaminantes orgánicos sintéticos (como el fenol y los pcb) se acumulan en la superficie del agua a través de grupos hidrofóbicos, lo que reduce la fuerza de interacción entre las moléculas de agua y conduce a una disminución de la tensión superficial. El medidor de ángulo de contacto puede detectar este cambio en la tensión superficial.

3.2 Efectos de los tensoactivos en la medición del ángulo de contacto
Las moléculas de tensoactivo están compuestas por grupos hidrofílicos y hidrofóbicos, que reducen la tensión superficial del agua cuando se disuelven en agua. En la medición del ángulo de contacto, el tensoactivo hace que las gotas se extiendan más fácilmente en la superficie sólida, lo que resulta en un ángulo de contacto más pequeño. La concentración del tensoactivo también puede afectar los resultados de la medición del ángulo de contacto, cuanto mayor sea la concentración, menor será el ángulo de contacto. El medidor de ángulo de contacto puede medir con precisión este cambio.

3.3 Interferencia de los residuos de reactivos químicos en la medición del ángulo de contacto
Los residuos de reactivos químicos pueden cambiar las propiedades químicas de la superficie sólida y afectar la medición del ángulo de contacto. Por ejemplo, los residuos de disolventes orgánicos como el etanol pueden aumentar la hidrofobicidad de la superficie, lo que resulta en un ángulo de contacto más pequeño; Por su parte, los residuos de reactivos químicos inorgánicos, como la sílice, pueden formar películas en la superficie, cambiando la rugosidad de la superficie y la composición química, lo que a su vez afecta a la medición del ángulo de contacto. El medidor de ángulo de contacto puede detectar estos cambios.

IV. métodos de medición de la limpieza de la superficie sólida

4.1 Principios y aplicaciones del método wilhelmy Plate
El método wilhelmy Plate calcula la tensión superficial del líquido midiendo la fuerza a la que se somete la placa sólida al introducirse en el líquido. En la medición de la limpieza de la superficie sólida, se juzga si hay contaminantes en la superficie midiendo la tensión superficial de las gotas de agua en la superficie sólida. Si el valor de tensión superficial se desvía del valor de referencia, indica la presencia de impurezas en la superficie. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos en este método.

4.2 ADSA ® Aplicación de la tecnología en la medición de la tensión superficial
ADSA ® La tecnología mide con precisión la tensión superficial identificando y ajustando automáticamente el contorno de las gotas. Esta tecnología es adecuada para la medición dinámica de la tensión superficial y se ve poco afectada por factores humanos, y es ampliamente utilizada en los campos del petróleo, la industria química y la medicina. El medidor de ángulo de contacto combinado con la tecnología adsa puede mejorar en gran medida la precisión de la medición.

4.3 Método para juzgar la limpieza de la superficie sólida a través del valor de tensión superficial
La limpieza de la superficie se juzga midiendo el valor de tensión superficial de las gotas de agua en la superficie sólida. Si el valor de tensión superficial está dentro del rango de valor de referencia, la superficie está limpia; Si se desvía del valor de referencia, hay contaminantes en la superficie. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos en este método.

V. comparación de los efectos de la diversidad química y la limpieza en la medición del ángulo de contacto

5.1 Diferencia entre los cambios en el ángulo de contacto causados por la diversidad química y la limpieza
La diversidad química conduce a la heterogeneidad del ángulo de contacto, mientras que los problemas de limpieza conducen a la desviación general del ángulo de contacto. La diversidad química hace que las gotas tengan diferentes ángulos de contacto en diferentes direcciones, mientras que los problemas de limpieza hacen que el ángulo de contacto en su conjunto sea más pequeño. El medidor de ángulo de contacto pasa por el medidor de tensión superficial de la placa de platino mecánica y asha. ® El método de ecuación Young - Laplace de la tecnología puede capturar estos cambios.

5.2 Análisis del mecanismo de interferencia de la medición de tentáculos de acoplamiento entre los dos
La diversidad química afecta el ángulo de contacto cambiando la composición química de la superficie, mientras que la limpieza afecta el ángulo de contacto reduciendo la tensión superficial del agua. El medidor de ángulo de contacto puede detectar estos diferentes mecanismos de interferencia.

5.3 Método de origen para distinguir el error de medición del ángulo de contacto
Al observar la Ley de cambio del ángulo de contacto, se combinan otros medios de prueba (como xps, afm) para distinguir los efectos de la diversidad química y la limpieza. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos durante este proceso.

VI. análisis de las causas de la confusión sobre los conceptos de diversidad química y limpieza

6.1 Aspectos confusos de la diversidad química superficial y la limpieza
Ambos afectan la medición del ángulo de contacto y pueden ocultarse entre sí en la medición real, lo que conduce a la confusión. El medidor de ángulo de contacto puede ayudar a distinguir estos dos efectos.

6.2 Errores de medición causados por la falta de comprensión de la diferencia entre los dos
La falta de comprensión de la diferencia entre los dos puede conducir a un diseño experimental inadecuado y a una interpretación errónea de los datos, lo que a su vez afectará la precisión de la medición. El medidor de ángulo de contacto puede proporcionar datos de medición precisos y ayudar a reducir los errores.

6.3 Ignorar el impacto de la limpieza en la medición del ángulo de contacto
Ignorar la limpieza hará que la medición del ángulo de contacto se desvíe del valor real, lo que afectará el juicio de la humectabilidad de la superficie del material. El medidor de ángulo de contacto puede detectar problemas de limpieza a través del método mecánico de placa de platino.

VII. distinguir los efectos de la diversidad química y la estructura superficial en el ángulo de contacto

7.1 Influencia de la rugosidad de la superficie en la medición del ángulo de contacto
La rugosidad de la superficie afecta el ángulo de contacto cambiando el área de contacto entre el líquido y el sólido. El medidor de ángulo de contacto puede detectar este efecto.

7.2 Comparación de los mecanismos de influencia de la diversidad química y la estructura superficial
La diversidad química afecta el ángulo de contacto cambiando la composición química de la superficie, mientras que la estructura de la superficie afecta el ángulo de contacto cambiando la morfología física. El medidor de ángulo de contacto puede detectar estos diferentes mecanismos de influencia.

7.3 Un método para distinguir los dos efectos en combinación con la prueba de morfología de la superficie 3D
La rugosidad de la superficie y la composición química se analizan a través de pruebas de morfología de la superficie 3D para distinguir los efectos de la diversidad química y la estructura de la superficie en el ángulo de contacto. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos durante este proceso.

8. métodos que tienen en cuenta la diversidad química y la limpieza en la medición del ángulo de contacto

8.1 Métodos para corregir los efectos de la diversidad química y la limpieza
Corregir los efectos de la diversidad química y la limpieza a través de técnicas de análisis de superficie (como xps, afm) y métodos de limpieza. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos durante este proceso.

8.2 Desarrollar un programa experimental para reducir la interferencia entre los dos
En el diseño experimental, se seleccionan materiales uniformes, se controla el entorno experimental y se utiliza un medidor de ángulo de contacto de alta precisión para reducir la interferencia de la diversidad química y la limpieza.

8.3 Identificar y excluir los efectos de ambos en el análisis de datos
A través del análisis estadístico de los datos del ángulo de contacto, combinados con otros medios de prueba, se identificaron y descartaron los efectos de la diversidad química y la limpieza. El medidor de ángulo de contacto proporciona datos de medición precisos durante este proceso.

9. conclusiones y perspectivas

9.1 Resumen de los principales hallazgos
La diversidad química y la limpieza tienen un impacto significativo en la medición del ángulo de contacto. los dos mecanismos de acción son diferentes y deben distinguirse y corregirse por varios métodos. El medidor de ángulo de Contacto ha desempeñado un papel importante en este proceso.

9.2 Recomendaciones para mejorar la precisión de la medición del ángulo de contacto
Limpiar estrictamente la superficie antes de la medición, utilizar un medidor de ángulo de contacto de alta precisión, combinado con una variedad de métodos de medición, para mejorar la precisión de la medición.

9.3 Dirección de la investigación futura
En el futuro, se deben estudiar más a fondo los métodos de evaluación de la diversidad química de las superficies complejas, explorar el impacto de diferentes impurezas en la limpieza, desarrollar nuevas tecnologías de tratamiento de superficies y mejorar la precisión de la medición del ángulo de contacto. Los medidores de ángulo de contacto jugarán un papel importante en estos estudios.