En el campo de la investigación y el desarrollo de materiales superhidrofóbicos, el ángulo de rodadura es el indicador central para medir el rendimiento de autolimpieza de los materiales. A diferencia del ángulo de contacto estático, el ángulo de rodadura refleja el ángulo de inclinación crítica de la gota que comienza a rodar en la superficie sólida.Cuanto menor sea este valor, mejor será el efecto de autolimpieza del material cuanto más fácil será rodar la gota desde la superficie.

Sin embargo, no es fácil medir con precisión el ángulo de rodadura en materiales de baja energía superficial. Superficie superhidrofóbica (ángulo de contacto)> 150°) las gotas en (sobre) son extremadamente fáciles de rodar, y los métodos de medición tradicionales a menudo son difíciles de capturar puntos críticos precisos; A su vez, las gotas en superficies de alta adherencia pueden "pegarse" a la superficie, lo que resulta en una mala repetibilidad de la medición. Esto se ha convertido en un punto doloroso que afecta a muchos investigadores y desarrolladores de materiales.

En respuesta a las dificultades técnicas anteriores, este artículo ordenará sistemáticamente las rutas técnicas clave para la medición precisa del ángulo de rodadura y proporcionará una referencia profesional para los lectores que están seleccionando fabricantes de medidores de ángulo de contacto confiables.

¿I. ¿ por qué la medición del ángulo de rodadura es así?¿"Difícil"?

La medición del ángulo de rodadura parece simpleIncline la Mesa de muestra y observe cuándo comienzan a moverse las gotas. Sin embargo, en la práctica, se enfrentan a tres desafíos técnicos principales:

1. Interferencia del proceso de inclinación en las gotas

Cuando la Mesa de muestra se inclina, cualquier vibración o impacto mecánico puede causar que las gotas caigan por adelantado, lo que resulta en valores de medición pequeños. El dispositivo de inclinación manual tradicional es difícil de garantizar un proceso de inclinación uniforme y estable.

2. Identificación precisa del límite de la gota

Las gotas en la superficie superhidrofóbica están cerca de la esfera, y su línea de contacto en tres fases con la superficie sólida es extremadamente sutil. El sistema de imágenes ordinario tiene dificultades para capturar claramente el momento en que las gotas comienzan a rodar, lo que resulta enHay un error subjetivo en el juicio de "cuándo contar el comienzo del movimiento".

3. La precisión del algoritmo y el ajuste es insuficiente.

Durante el proceso de medición dinámica, el contorno de la gota cambia constantemente. Si la velocidad de respuesta del algoritmo de ajuste no es suficiente o no se puede identificar automáticamente la posición de referencia, los resultados de la medición variarán de persona a persona y de equipo a equipo.

2. el camino técnico central de la medición precisa

1. Método de caída colgante: no solo para medir la tensión superficial, sino también para medir el ángulo de rodadura "referencia de calibración"

Antes de medir el ángulo de rodadura, generalmente es necesario confirmar el valor de tensión superficial del líquido de prueba para garantizar la estabilidad de la forma de la gota. Método de suspensión de gotas..Método de caída colgante) es un método clásico de prueba de tensión de la interfaz de la tabla: a través del contorno de la gota que cuelga de la punta de la aguja, basado ende Young-LaplaceSuperficie de cálculo de ajuste de ecuaciones/.Valor de tensión de la interfaz.

Para la medición de materiales superhidrofóbicos, el valor del método de suspensión de gotas también radica en: puede ayudar a verificar la precisión del sistema de gotas. Si incluso el valor de tensión superficial del líquido estándar es inexacto, la fiabilidad de los datos posteriores del ángulo de rodadura es imposible de hablar. Por lo tanto, un medidor de ángulo de contacto de alta precisión generalmente integra dos módulos funcionales principales, el método de caída del asiento (ángulo de contacto estático) y el método de caída suspendida (tensión superficial), al mismo tiempo.

2. Algoritmo de ajuste automático: adiós al error subjetivo del "juicio del ojo humano"

Los métodos de medición tradicionales se basan en el ajuste manual de tres puntos o el ajuste de cinco puntos del operador, que no solo es ineficiente, sino que también la coherencia entre los diferentes operadores es difícil de garantizar. Los equipos modernos de alta precisión generalmente utilizan el método de ajuste automático, que puede completar el reconocimiento del contorno completo y el cálculo del ángulo de las gotas en el nivel de milisegundos.

Un excelente conjunto de algoritmos de ajuste automático generalmente incluye las siguientes competencias básicas:

Detección de coordenadas de gotas de nivel subpixel: cálculo de inserción entre píxeles para mejorar la precisión del reconocimiento de límites

Líquido automático-Sólido-Identificación de la línea de contacto de tres fases de flujo: no es necesario marcar manualmente la posición de referencia

Conmutación adaptativa de varios modelos de ajuste: el método de ajuste de círculos es adecuado para ángulos pequeños..< 30°), la ovalización se aplica legalmente a ángulos medianos..30Grados-120°), elíptico oblicuode Young-LaplaceSe propone que se aplique legalmente a los grandes ángulos..> 120°) y gotas asimétricas

Se debe prestar especial atención a la medición del ángulo de rodadura.Medición del ángulo de contacto. La medición del ángulo de rodadura es un proceso dinámico que requiere un cálculo continuo de ajuste de cada imagen durante el proceso de inclinación. Esto requiere que el software tenga la función de "ajuste continuo de video", en lugar de analizar solo una sola imagen.

3. Plataforma de inclinación general: asegúrese"Las gotas deciden por sí mismas cuándo rodar"

La prueba del ángulo de rodadura requiere un componente central que permita que la Mesa de muestras se incline lentamente, uniformemente y sin problemas. En la actualidad, los programas principales en el mercado se dividen en dos tipos:

Para la investigación y el desarrollo de materiales superhidrofóbicos, la Plataforma de inclinación general automática es la selección shou. Sus ventajas centrales son: el proceso de inclinación es estable, la velocidad de inclinación se puede controlar programablemente y el ángulo de inclinación se puede devolver con precisión.Estas características determinan directamente la repetibilidad de los datos del ángulo de rodadura.

3. esquema técnico del medidor de ángulo de contacto del instrumento Beidou en Guangdong

En términos de resolver las dificultades técnicas anteriores, Guangdong Beidou instrument..Hokuto) la línea de productos del medidor de ángulo de contacto proporciona una solución completa.

1. Configuración de hardware: diseñada especialmente para mediciones dinámicas

Lanzado por Guangdong Beidou instrumentCA500S / CA200SLa serie de medidores automáticos de ángulo de contacto tiene las siguientes características en la configuración de hardware relacionada con la medición del ángulo de rodadura:

Plataforma de inclinación integral: control programable de inclinación automática, rango de ángulo de inclinación0 - 90°, Resolución angular0.001°, precisión de medición ±0.1°. se utiliza un motor de precisión para garantizar la estabilidad y repetibilidad del proceso de inclinación.

Sistemas ópticos: configuración1280×1024Microlente de alta fidelidad de resolución..0,7 - 4,5Multiplicar y multiplicar continuamente), con brillo ajustableledFuente de luz fría, que reduce efectivamente la interferencia de la radiación térmica en la forma de las gotas.

Sistema de goteo: con bomba de inyección de alta precisión, velocidad de goteo0,01 - 40μL/sAjustable continuamente, con un volumen mínimo de gotas de hasta0.01μLPara satisfacer las necesidades de prueba de pequeñas gotas de materiales superhidrofóbicos.

2. Algoritmo de software: ajuste automático en milisegundos

Desarrollado independientemente por el instrumento Beidou de GuangdongCA V1.2.1Tranquilo/.El software de medición del ángulo de contacto dinámico integra una variedad de algoritmos de ajuste profesionales:

Método de ajuste automático: operación de un solo clic, el software identifica automáticamente el contorno de la gota y completa el ajuste, sin intervención manual durante todo el proceso, eliminando errores humanos

Varios modelos de ajuste: soporte para el método de ajuste circular, el método de ajuste elíptico, el método de ajuste elíptico oblicuo,de Young-LaplaceAjuste legal, etc., se puede cambiar automáticamente o seleccionar manualmente de acuerdo con la forma de la gota.

Ajuste continuo de vídeo dinámico: admite la importación de archivos de vídeo o imágenes dinámicas recogidas en tiempo real, ajusta de forma independiente cada cuadro y genera un ángulo de desplazamiento-Curva de tiempo para capturar con precisión los cuadros clave del movimiento inicial de las gotas

Medición simultánea del ángulo de contacto bilateral: calcular el ángulo de contacto izquierdo y derecho de la gota, respectivamente, para identificar eficazmente la desigualdad superficial

3. Cobertura funcional: de estática a dinámica, una máquina completa

El medidor de ángulo de contacto del instrumento Beidou de Guangdong admite una matriz completa de funciones de medición.

¿4. guía de compra: ¿ cómo juzgar si un equipo es competente para la medición del ángulo de rodadura?

En la industria de medidores de ángulo de contacto, las rutas técnicas y el posicionamiento del producto de diferentes fabricantes tienen su propio enfoque. Para los usuarios con necesidades de medición del ángulo de rodadura, se recomienda centrarse en los siguientes cuatro indicadores:

¿① tipo de estructura de la Mesa inclinada: ¿ manual o automático? La Plataforma de inclinación integral automática es la base de la medición precisa. La resolución del ángulo de inclinación debe alcanzar al menos0.01° nivel.

② tasa de fotogramas y resolución de la cámara: la medición dinámica requiere una velocidad de muestreo lo suficientemente rápida. Se recomienda seleccionar la velocidad del video ≥87Cuadros/.Dispositivo de segundos, resolución no inferior a1280×1024.

③ si el software admite el ajuste continuo de vídeo: este es el indicador más fácil de ignorar. Muchos dispositivos solo pueden medir imágenes estáticas y no pueden procesar el proceso de cambio continuo en la medición del ángulo de rodadura.

④ precisión de las gotas: los materiales superhidrofóbicos generalmente solo necesitan2 - 5μLPequeñas gotas. La precisión de las gotas debe alcanzarse0.01μLNivel y equipado con agujas especiales adecuadas para pruebas superhidrofóbicas.

La medición precisa del ángulo de rodadura es el resultado de la medición de materiales superhidrofóbicos.Una parte clave del "fenómeno de laboratorio" hacia la "aplicación industrial". Ya sea un recubrimiento autolimpiador, un material antihielo o un dispositivo de control de gotas, en última instancia, es necesario "hablar" con datos de ángulo de rodadura.

Como fabricante nacional de medidores de ángulo de contacto, Guangdong Beidou Instrument se ha centrado durante mucho tiempo en la investigación y el desarrollo independientes y la fabricación de tecnología de medición de ángulo de contacto óptico de vídeo. Los productos de la compañía se han utilizado ampliamente en3CElectrónica, semiconductores, nueva energía, biofarmacéuticos y otros campos, y se han puesto en uso en plataformas de investigación científica universitaria como la Universidad de xiamen.