Un medidor de ángulo de contacto verdaderamente inteligente y un sistema de medidor de ángulo de gota de agua: truedrop ®/ RealDrop ® Integración multifuncional de la plataforma en el estudio de la humectabilidad de la superficie

Resumen

El medidor de ángulo de contacto y el medidor de ángulo de gota de agua son ampliamente utilizados en la investigación de la humectabilidad de los materiales, las propiedades físicas de la interfaz, la evaluación de la limpieza y el efecto de modificación de la superficie. Truedrop, desarrollado por el instrumento científico Kino ® Con realdrop ® Serie, sobre la base de los métodos tradicionales de prueba de ángulo de contacto y tensión superficial, integra las funciones de medición óptica, medición mecánica y análisis estructural tridimensional para formar una plataforma multifuncional integrada. Este artículo presenta sistemáticamente el principio central, la composición funcional, la clasificación de modelos y sus estrategias de aplicación en la detección de limpieza líquida, la identificación de contaminación de la superficie sólida y el análisis de interfaz compleja de esta serie de medidores de ángulo de gota de agua. Al combinar el primer principio, el método de medición mecánica y el algoritmo de análisis de imágenes, TrueDrop ®/ RealDrop ® El sistema de medición del ángulo de contacto proporciona una herramienta relativamente completa de caracterización cuantitativa de la humectabilidad en el campo de la investigación científica y la ingeniería.

I. base técnica y tendencia de desarrollo del medidor de ángulo de contacto y el medidor de ángulo de gota de agua

1.1 importancia científica de la medición del ángulo de contacto

El ángulo de contacto refleja la interacción de interfaz entre líquidos y sólidos y es un indicador importante para juzgar el comportamiento de humectación, el Estado de energía de la interfaz y el efecto del tratamiento de superficie. La medición del ángulo de contacto se ha convertido en un método de análisis estandarizado y ampliamente utilizado en los campos de la investigación de la caracterización de materiales, el desarrollo de recubrimientos superficiales, el diseño de sistemas de microfluídicos y la interfaz de biomateriales.

1.2 evolución de los medidores de ángulo de gota de agua

El medidor tradicional de ángulo de gota de agua se basa principalmente en el método óptico sessile drop. aunque la estructura es simple y la operación es intuitiva, hay deficiencias en la identificación de contaminación y el análisis de superficies complejas. En los últimos años, han surgido gradualmente plataformas multifuncionales de medición del ángulo de gota de agua, como el procesamiento integrado de imágenes ópticas, las pruebas mecánicas de tensión superficial y la reconstrucción tridimensional, para hacer frente a las diversas necesidades de las pruebas de interfaz de la tabla de materiales moderna.

En segundo lugar, TrueDrop ®/ RealDrop ® Estructura y principio del sistema de medición del ángulo de contacto

2.1 módulo de medición del ángulo de contacto óptico y la tensión de la interfaz

Se utiliza una cámara de alta resolución y un algoritmo de reconocimiento de imagen para extraer el contorno de la gota líquida y pasar por adsa. ® La tecnología (análisis dinámico y estático avanzado) realiza el modelado diferencial de la ecuación Young - laplace, calculando así el ángulo de contacto y la tensión de la interfaz. El método se basa en el modelado físico teórico y es adecuado para gotas bajo varios coeficientes de enlace, rompiendo el límite de que los algoritmos tradicionales solo se aplican en el rango de 0,4 a 0,75.

2.2 módulo de medición de la tensión superficial mecánica

Basado en el principio del método de placa wilhelmy, la tensión superficial del líquido se calcula con precisión registrando la flotabilidad y la adherencia. Este módulo se puede utilizar para identificar cambios en la tensión superficial causados es es por residuos orgánicos, tensoactivos o efectos de detergente, y luego juzgar la limpieza de la superficie líquida o sólida, mejorando la precisión e interpretación de la medición.

2.3 módulo de análisis de estructura superior y tridimensional

A través del sistema de imágenes superiores y la tecnología de modelado tridimensional, se puede obtener información topológica completa de la zona de contacto de las gotas y realizar el análisis de la distribución del ángulo de contacto direccional, que se adapta a la investigación de humectabilidad de varias superficies funcionales y materiales microestructurales.

III. función de análisis de limpieza: evaluación integral de líquidos y sólidos

3.1 limpieza de líquidos: método de suspensión para detectar la contaminación del agua

Utilizando el método de caída suspendida y la ecuación Young - laplace, el sistema detecta cambios en la tensión real de la interfaz de las muestras de agua e identifica desviaciones en las propiedades físicas causadas por la contaminación. En comparación con los métodos tradicionales en los que la tensión predeterminada del agua no cambia, TrueDrop ®/ RealDrop ® El sistema de medición puede evitar eficazmente la medición inexacta del ángulo de contacto causada por errores de contaminación.

3.2 limpieza de sólidos: inversión del Estado de la superficie a través de la tensión de las gotas de agua

Para las superficies sólidas que pueden tener aceites, detergentes o residuos químicos, el método de placa de platino puede juzgar el Estado de la superficie a través de los cambios en la tensión superficial formados por gotas de agua, proporcionando soporte de datos objetivos para la verificación del efecto de limpieza y el control de calidad, especialmente adecuado para el análisis de muestras que No se pueden conocer con luz después del tratamiento.

IV. estrategias de medición multidimensionales para estructuras complejas y superficies funcionales

4.1 imágenes de visión superior y mapeo de ángulo de contacto direccional

A través de la imagen superior y el algoritmo de imagen, se genera un mapa de distribución del ángulo de contacto direccional para evaluar el impacto de la estructura superficial o la desigualdad química en el comportamiento de humectación, que es adecuado para el diseño de microestructura, la prueba de uniformidad del recubrimiento y la caracterización funcional local.

4.2 análisis de acoplamiento de morfología tridimensional y ángulo de contacto

El medidor de ángulo de contacto modelo 6000 combina la luz estructural o la tecnología de enfoque común para obtener la morfología microscópica de la muestra y vincularla con el perfil de la gota, como el reconocimiento del Estado Cassie - Baxter y el Estado wenzel, que es de gran valor de aplicación para el análisis de la estructura superhidrofóbica, superhidrofílica o reguladora de La interfaz.

V, TrueDrop ®/ RealDrop ® Comparación de modelos de serie y adaptación de aplicaciones

VI. Resumen y perspectivas

Como herramientas importantes para el análisis de la superficie de los materiales, El medidor de ángulo de contacto y el medidor de ángulo de gota de agua están evolucionando continuamente hacia la integración multifuncional y la Alta precisión. TrueDrop ®/ RealDrop ® El sistema proporciona un camino cuantitativo más completo y fino para comportamientos de humectación complejos mediante la fusión de imágenes ópticas, mediciones mecánicas y análisis morfológico.
Con la diversificación de los escenarios de aplicación de materiales, vale la pena aprovechar aún más el potencial de aplicación del sistema en áreas de vanguardia como el microfluídico, la interfaz biológica y la superficie inteligente en el futuro, y las plataformas de medición relacionadas continuarán optimizándose y actualizándose en la dirección de la modularidad y la inteligencia.