推进和后退接触角

如何测量前进和后退接触角？

接触角测角是一种快速和方便的方式来确定材料或涂层的润湿性。测量涉及将一滴液体到表面上，测定稳定的液滴与该表面所成的角度。有关接触角技术的更多细节可以在找到接触角张量法技术页面。测量的速度和简单性使其适用于研究和质量控制应用。然而，这些简单的测量只提供了关于表面的少量信息，在某些情况下，需要更详细的信息。188金宝搏app安卓下载

对于接触角测量的理论基础的杨氏角度表示表面上的液体的固体，液体和气相之间的最低自由能平衡状态[1]。此参数是具有以下五个假设的理想值：

1. 表面光滑
2. 表面是刚性的
3. 表面是化学均匀
4. 表面是不溶于
5. 表面是非反应性的

因为真实世界的样本至少违反了其中一个假设，所以可测量的接触角是一个接触角范围。特别是，表面的不均匀性，如粗糙度或化学差异，可以允许液滴以多种亚稳态存在[1]。一个真实的例子是雨后汽车上水滴形状的差异。即使汽车是干净的，由于光洁度、粗糙度、倾斜度等方面的潜在差异，水滴也会在表面形成不同的角度。同样，静态液滴仅提供有关表面行为的有限信息，因为这些液滴更可能存在于亚稳状态，而不是全局最低能量状态。

动态接触角

以提供更多的上下文成真正的表面的一种方法是通过测量前进和后退接触角。这些测量被称为动态接触角，或准静态接触角。通过将针接近表面和稳步注入液体到表面上，液滴将增长和前进到样品表面上。随着墨滴体积的增加，基线（点下降接触样品）最终也移动并前进沿着表面。随着墨滴体积的不断增加，基线也将继续前进，并在达到前进接触角（ACA）。

后退接触角（RCA）以相反的方式，其中液体从一个静态滴除去制成。最初，滴体积和接触角将减小。最终，基线长度也将开始减少，这表示后退接触角。在实践中，后退接触角趋于难以量化，因为它可能需要一个大的初始滴体积，其可以是先验已知的。的前进和后退接触角之间的差是接触角滞后。甲完全均匀的表面具有0°的理论接触角滞后。较大的滞后值通常与较大量的表面异质性的，反之亦然相关联。滞后的常见原因包括粗糙度和化学异质性。此外，一个大的滞后值表示低的迁移率下降[2]。这是可能的一个看似疏水性材料表现出大的接触角滞后性，这表明液滴与表面的密合性高。 Korhonen et al. show an example of such a material [3].

测量ACA和RCA有几个优点。一个是ACA和RCA倾向于克服接触角范围内的许多亚稳定能量斑点。这在图3中示出。实际上，前进的接触角是自由能量范围内的最大接触角，而后退接触角是自由能量范围内的最低接触角。因此，这些测量在理论上是最重复的。其次，滞后值提供有关表面异质性的信息，以及液体粘附到表面上的信息[4]。第三，当测量静态下降时，蒸发和/或跌落体积可能会影响接触角。当一滴进入或横跨表面时，这些问题变得无关紧要。最后，通过定义的超疏水表面需要ACA和RCA值大于150°[4]。而且，这些表面的共同目的是抵抗粘附性，该参数与滞后直接相关。

是必要的测量前进和后退接触角什么设备？

Attention Theta Flex是一款多功能、模块化的光学张力计，可配备多种不同配置。单液体分配器或移液管分配器均可实现自动滴注。对于ACA和RCA测量，建议使用单液体分配器附件（C201）。或者，对于带有移液管分配器（C311-300）的系统，针适配器组件（C514DCA）也适用。对于任何一种分配溶液，重要的是使用尽可能小的针直径，以便针尽可能少地破坏液滴形状。这些测量通常使用30表针。使用手动注射器的研究人员还可以使用带有螺纹柱塞的注射器进行ACA和RCA测量，从而可以更精确地控制滴落量。

测量前进和后退接触角的协议是什么？

Huhtamäki等[2]给出了如何制作接触角测量的优秀概述。作者提供了详细信息如何在许多不同类型的表面上执行这些测量以及如何分析数据。下面提供的信息是该概述的摘要和针对Oneattension软件的某些信息。

进行ACA测量的程序如下：

1. 使用校准球自动调整亮度和校准仪器
2. 针连接到泵/吸管，并填补了针
3. 用适当的溶剂清洁基底，并用清洁的惰性气体干燥
4. 将基板置于样品台上
5. 放置在基板上的2μL降
6. 将针放在滴管的中间，确保滴管处于焦点位置
7. 等待约30秒，以确保下降稳定
8. 在0.05μL分配液体/ s的5分钟，开始记录
9. 停止液体分配器和记录在5分钟后

对于RCA测量的程序如下：

1. 添加液体到您的降（2μL/秒）直到压降达到初始体积RCA（取决于滞后），见表1
2. 除去液体直至基线开始大约退去〜0.5毫米
3. 根据需要重新调整焦点、打捆针位置和落针位置
4. 等待30秒才能降至平衡
5. 以0.05μL/s的速度去除液体300 s，并记录数据

配方的建议设置如下所示：

• 相机录制时间 - 300秒
• 帧速率–0.33%（~0.68 FPS）
• 30号针 - 检查
• 下降速率–0.05μL/s（默认值–2μL/s）
• 辍学尺寸–40μL（默认值–4μL）
• 分配速率–5μL/s（默认值–20μL/s）
• 填充率–5μL/s（默认值–20μL/s）
• 来自图像的卷–取消选中

步骤1中描述的初始RCA体积根据样本而变化。具有大滞后的样品可能需要放置大的液滴。如果初始卷足够大，则可能无法达到正确的RCA。表1.对于ACA和RCA不同组合的初始卷上的详细图表，请参阅[3]，在表1中列出了一个小型潜在初始卷。在ACA和RCA中，重要的是使用缓慢的液滴速度来确保动态效果，例如液体进出针的液体突然加速，不影响测量。这就是为什么下降率从默认值急剧下降。对于一些样品，特别是具有高滞后的样品，可能需要超过300秒来实现RCA。在这些情况下，可以增加步骤5中的时间。

ACA（°）	RCA（°）	Inital RCA容量（μL）
180.	160.	20
140	100	50
120	50	70
100	20	150

表1 - 初始体积的基于ACA和RCA值的样品。

推进和后退接触角的数据分析

放置手动基线并根据手动基线安装所有框架。分析第一帧和最后一帧，查看基线是否合适。否则，移动基线并重新分析帧。将数据绘制为平均接触角（滴每侧接触角的平均值）与基线。理想情况下，可以确定ACA和RCA保持相对恒定的平台。对于该区域，平均所有数据点，并报告接触角和标准偏差。图5和图6显示了ACA和RCA数据的示例，其中包含排除某些数据的数据以及平均数据的范围。

Oneattension中的自动动态接触角度特征

一旦ACA和RCA适当初始体积的条件是已知的，OneAttension软件具有自动动态接触角函数，其允许在一触式的方式进行ACA和RCA。该ACA是使用规定的时间和下降速率的第一测量，并且随后立即将RCA进行测量。不同的记录时间，下降率和照相机的帧速率可以被选择为ACA和RCA。前进和后退测量被分离成不同的标签和分析之后，数据被组合成一个单一的曲线图，便于可视化。

结论

与标准静态液滴测量相比，ACA和RCA是光学潮汐测量的有用测量，该光学张力测量提供有关表面的附加信息。他们可以告诉研究员关于表面异质性，例如粗糙度，化学梯度或污染。它们对于测量超疏水材料也是特别重要的，因为它们能够表征到表面的液体粘附性。凭借各种配件，自动化和用户友好的软件，恒定线路中的X型弯曲和其他仪器非常适合精确且可重复地进行这些测量。