“接觸角的測(cè)量” 常見(jiàn)問(wèn)答 (FAQs)

1. 接觸角測(cè)量裝置能用于測(cè)量固體的表面自由能/表面能/表面張力嗎？

能，而且這是這類儀器的一大主要功能。

通過(guò)測(cè)量一種或多種不同屬性的液體在固體表面上的接觸角，就能從獲得的接觸角值以及所采用液體的（已知）屬性值，借助合適的理論模型計(jì)算出固體表面的表面自由能（或者稱為表面能或表面張力）。

由于固體表面的表面自由能不能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法直接進(jìn)行測(cè)量，所以通過(guò)接觸角測(cè)量的間接方法是目前可用來(lái)測(cè)量/估算固體表面自由能的少數(shù)方法之一。這一方法不但可以得到固體表面自由能的總值，還可以得到對(duì)應(yīng)于分子間不同性質(zhì)相互作用力的各自貢獻(xiàn)（組分），如非極性（dispersive）相互作用的組分值和極性相互作用（non-dispersive or polar）的組分值，這樣可以進(jìn)一步了解固體表面的屬性，尤其是表面經(jīng)過(guò)處理后（如通過(guò)等離子體處理后，表面極性相互作用的組分值往往會(huì)升高）。

2. 接觸角與液滴的體積大小有關(guān)系嗎？

這個(gè)問(wèn)題最好分成二個(gè)來(lái)回答:

1. 接觸角與液滴的體積大小有顯著（比如幾度或以上）的關(guān)系嗎？

   沒(méi)有，盡管學(xué)術(shù)文獻(xiàn)上和網(wǎng)絡(luò)上可以找到許多不同的答案。

   隨著液滴體積的增大，重力對(duì)液滴形狀的影響也愈發(fā)明顯，使得液滴偏離球形（或球形一部分）的程度越來(lái)越顯著，但這一切并不應(yīng)該對(duì)液滴在固體表面的接觸角自動(dòng)產(chǎn)生影響。從熱力學(xué)的角度來(lái)看，接觸角的值取決于液體的表面張力、固體的表面自由能、液體/固體-之間的相互作用（液/固-界面張力）。在一定的條件（溫度、壓力、濕度、氣氛等）下，前面提及的三個(gè)量是一定的，所以接觸角的值也應(yīng)該是一定的。但由于表面的不完美性，即使在指定的條件下，（所謂的靜態(tài)）接觸角的值往往也可以在一范圍內(nèi)變化（接觸角的滯后效應(yīng)），而非一定值（參見(jiàn)FAQ-CA 5），而體積不同的液滴可能展現(xiàn)這一范圍內(nèi)不同的值，使得測(cè)量結(jié)果發(fā)生細(xì)微變化。至于體積不同的液滴是否會(huì)有一定的傾向（比如體積大的傾向于擁有這一范圍數(shù)值較大的接觸角值），這一點(diǎn)迄今還缺乏研究。

   對(duì)于一定的體系，在一定的條件下，基本恒定的是體系的前進(jìn)接觸角值。測(cè)量前進(jìn)接觸角值的方法之一是采用液滴體積逐漸增大法（液滴體積增/減-法測(cè)量前進(jìn)接觸角和后退接觸角）。從這里可以清楚地看到，隨著液滴體積的逐步增大，其前進(jìn)接觸角值基本保持恒定，不會(huì)隨著液滴體積的增大而發(fā)生明顯的變化（微小的變化基本上是由于液滴在前進(jìn)過(guò)程中與不同的表面位置發(fā)生接觸所致）。另外有許多學(xué)者在研究所謂的線因力（line tension）時(shí)，也采用了體積變化范圍（從幾微升到幾毫升）相當(dāng)大的液滴在非常理想的固體表面上進(jìn)行接觸角的測(cè)量研究，結(jié)果也表面接觸角值與液滴的體積大小基本無(wú)關(guān)。

   那么為什么學(xué)術(shù)文獻(xiàn)上和網(wǎng)絡(luò)上可以方便地找到聲稱液滴的體積會(huì)對(duì)接觸角的值產(chǎn)生顯著影響的論述呢？這一現(xiàn)象的主要原因是由于作者所采用的計(jì)算方法的局限性。在20世紀(jì)90年代前，測(cè)量接觸角的方法包括寬高法、θ/2-法，半角法和圓擬合法等都是基于球（或圓?。┠Ｐ?，而真實(shí)的液滴由于受到重力的影響或多或少地偏離球的形狀：而且這一偏離程度隨著液滴體積的增大、接觸角值的增大和液體毛細(xì)管長(zhǎng)度（capillary length）的減少而越來(lái)越顯著。偏離的幅度越大，通過(guò)基于各種球模型（或圓?。┯?jì)算方法得到的接觸角的值與實(shí)際值的偏差也越來(lái)越大，這就造成了（計(jì)算得到的）接觸角值隨著液滴體積的變化而發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象，但其實(shí)發(fā)生變化的只是誤差值，而非實(shí)際的接觸角值。

   即使到了今天，市場(chǎng)上的不少?gòu)S家制造的接觸角測(cè)量?jī)x提供的還是基于球/圓模型的計(jì)算/測(cè)量方法，所以這一現(xiàn)象仍然在產(chǎn)生中。即使有些廠家引入了基于橢圓模型的計(jì)算方法，當(dāng)接觸角的值比較大時(shí)，或者液滴體積不是很小時(shí)，或者采用的液體不同于水時(shí)，還是會(huì)制造這種計(jì)算得到的接觸角值隨著液滴體積發(fā)生變化的現(xiàn)象。

   能夠準(zhǔn)確描述中心軸對(duì)稱座滴（sessile drop）形狀的是Bashforth-Adams或Laplace-Young方程，所以只有基于這一方程的方法才能夠完美地?cái)M合座滴的輪廓坐標(biāo)，從而計(jì)算出與實(shí)際值一致的接觸角值。但這一方法直到20世紀(jì)90年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展才開(kāi)始被普遍采用。

   參考接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)

2. 接觸角與液滴的體積大小有細(xì)微（比如十分之幾度到1度）的關(guān)系嗎？

   這是一個(gè)有不少學(xué)者已經(jīng)研究過(guò)，但迄今還未取得統(tǒng)一意見(jiàn)的領(lǐng)域。有部分學(xué)者認(rèn)為，在液/流/固-三相相接觸的液滴周邊緣線（wetting perimeter）上，存在一與表面張力相仿的所謂的一維線因力（line tension），這一力的存在產(chǎn)生了對(duì)體系總能量的額外貢獻(xiàn)，而且這一貢獻(xiàn)可正可負(fù)。所以隨著液滴體積的變化，這一額外份額（與周邊緣線長(zhǎng)度成正比）對(duì)體系總能量貢獻(xiàn)的比例也將發(fā)生變化，體系為了維持最低的總能量狀態(tài)而導(dǎo)致液滴的接觸角值發(fā)生細(xì)微的調(diào)整/變化（可正可負(fù)）。

   要驗(yàn)證這樣的理論是非常不容易的，因?yàn)檫@一影響的幅度估計(jì)在十分之幾度左右，而對(duì)于一實(shí)際的體系，要想準(zhǔn)確重復(fù)地形成液滴、然后準(zhǔn)確地測(cè)量其接觸角值到0.1°是一件相當(dāng)不容易做到的事。

   參考接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)

3. 采用圓法、θ/2法、寬高法、半角法測(cè)量接觸角的誤差有多大？

圓法、θ/2法、寬高法和半角法都是基于球/圓模型的接觸角測(cè)量/計(jì)算方法，這些方法的假設(shè)前提是液滴的形狀是球的一部分，但這與真實(shí)的液滴不符。

真實(shí)的液滴的形狀偏離球形狀的程度取決于液滴的體積，接觸角值的大小和液體的毛細(xì)管長(zhǎng)度（capillary length）：隨著液滴體積的增大、接觸角值的增大和液體毛細(xì)管長(zhǎng)度的減少，液滴偏離球形狀的程度越來(lái)越顯著。偏離的幅度越大，通過(guò)這些基于這些球/圓模型的接觸角測(cè)量/計(jì)算方法得到的值與實(shí)際值的偏離幅度也越來(lái)越大。在所有常用的測(cè)量液體中，水的毛細(xì)管長(zhǎng)度（約2.73mm）是最大的，所以在相同條件（同液滴體積/同接觸角值）下，其它液體偏離球形狀的程度都要顯著地大于水滴。

總之采用這些方法引起的誤差可以從十分之幾度，大到30-40°。詳細(xì)內(nèi)容可以參考：接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)

4. 接觸角測(cè)量的準(zhǔn)確性

請(qǐng)參考：接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)

5. 靜態(tài)接觸角存在嗎? / 應(yīng)該如何正確測(cè)量接觸角？

在進(jìn)行接觸角測(cè)量時(shí)，我們會(huì)遇到一個(gè)最基本也是最根本的問(wèn)題，如何進(jìn)行接觸角的（正確）測(cè)量？

對(duì)于不少的用戶，或者我們中的幾乎每一個(gè)人在許多時(shí)候，上面的問(wèn)題顯得有點(diǎn)可笑，因?yàn)樵谖覀兊挠^念中，已經(jīng)形成了一個(gè)比較穩(wěn)固的模式：接觸角測(cè)量不妨就是在表面上形成（滴）一個(gè)液滴，然后對(duì)獲得的液滴圖像運(yùn)用儀器提供的分析/計(jì)算方法進(jìn)行測(cè)量？而且大家都知道這樣獲得的接觸角值通常被稱為靜態(tài)接觸角（static or as-placed contact angle）值。

在這里我們又遇到了一個(gè)在這一領(lǐng)域仍然存在的不少誤會(huì)：不少用戶非常關(guān)心接觸角測(cè)量的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性，但并不關(guān)心具體的測(cè)量步驟。這在很大程度上是基于這樣的出發(fā)點(diǎn)或假設(shè)：接觸角值就應(yīng)該像如何一個(gè)其它的物理量（如溫度/壓力/長(zhǎng)度等）一樣，它就在那里，而且（在給定的條件下）應(yīng)該是一個(gè)定值，儀器的任務(wù)就是準(zhǔn)確地測(cè)量這一值，然后把結(jié)果顯示出來(lái)。

但事實(shí)上，接觸角與其它的通常物理量有一個(gè)顯著的區(qū)別：它雖然就在那兒，但它的具體數(shù)值對(duì)于大多數(shù)的固體表面一般情況下不是一個(gè)定值，而是可以在一個(gè)范圍內(nèi)游動(dòng)，而且這一范圍對(duì)于不少表面往往還不是很窄（接觸角滯后性）。至于一個(gè)液滴在一固體表面在某一時(shí)刻展現(xiàn)哪一個(gè)具體的數(shù)值，不但與體系和條件有關(guān)，而且與這一液滴的形成方式，以及形成后的經(jīng)歷有關(guān)。

對(duì)于一個(gè)給定的液體/固體表面-體系，基本不變的是接觸角值可以擁有的范圍（從最小值到最大值），而不是隨意在固體表面形成的一個(gè)液滴所體現(xiàn)的接觸角值，因?yàn)楹笳?，在極端情況下，可能展示這一范圍內(nèi)的任意一個(gè)值；在通常情況下，可以在一個(gè)不小的范圍內(nèi)波動(dòng)。

上面提及的這一范圍就是前進(jìn)接觸角值（最大值）和后退接觸角值（最小值）。所以只有通過(guò)測(cè)量一個(gè)體系的前進(jìn)/后退接觸角值才能夠最完整地表征一個(gè)液體在固體表面的潤(rùn)濕性特征/特性。而我們平時(shí)所指的/所測(cè)量的所謂的（靜態(tài)）接觸角，雖然在多數(shù)情況下其數(shù)值接近于前進(jìn)接觸角值，但其實(shí)不是一定值，會(huì)受到許多因素的影響。這些因素幾乎包括具體測(cè)量過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，比如：

1. 采用的液滴體積；

2. 加液針管的內(nèi)經(jīng)/外徑，以及液體在其表面的潤(rùn)濕性？

3. 液體是如何轉(zhuǎn)移到固體表面上的？

   • 如果是通過(guò)接觸轉(zhuǎn)移：那么是通過(guò)針管下移還是樣品上移? 移動(dòng)的速度是多少？移動(dòng)的幅度是多大（或者針管端口與固體表面的最短距離是多少）？完成液體轉(zhuǎn)移后，移開(kāi)的速度是多大?

   • 如果是通過(guò)直接加液形成：那么加液的速度是多大？加液時(shí)，針管端口與固體表面的距離是多少？完成加液后，針管移開(kāi)的速度是多大?

4. 液滴形成后，等待多長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量？測(cè)量開(kāi)始前或測(cè)量過(guò)程中，液滴有否受到任何的震動(dòng)？

有人可能不同意上面的觀點(diǎn)，認(rèn)為有點(diǎn)夸張，并且舉出實(shí)例，以表明平時(shí)盡管沒(méi)有顧及這一些，但獲得的（靜態(tài)）接觸角值的重復(fù)性也基本上在1-2度的范圍內(nèi)。是的，在不少情況下確實(shí)如此，但其實(shí)這在很大程度上是由于我們每個(gè)人都有一套屬于自己的、基本固定的具體測(cè)量/操作步驟（至少對(duì)某一個(gè)具體的樣品是這樣）。但是如果我們來(lái)比較二個(gè)不同的人（不同實(shí)驗(yàn)室之間），對(duì)同一個(gè)體系獲得的測(cè)量結(jié)果，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，結(jié)果之間的差異往往會(huì)大得多，因?yàn)椴煌娜丝赡懿捎貌町惡艽蟮臏y(cè)量/操作步驟，而其中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都可能對(duì)最后展現(xiàn)出來(lái)的接觸角值帶來(lái)微小的影響。

所以在接觸角測(cè)量的專業(yè)領(lǐng)域，大家普遍認(rèn)為，只是測(cè)量所謂的（靜態(tài)）接觸角值意義不大，因?yàn)樗鼘?duì)于多數(shù)體系其實(shí)根本就不存在（因?yàn)闆](méi)有一個(gè)相應(yīng)的、固定不變的值），而且所能提供的與潤(rùn)濕相關(guān)的信息量也相當(dāng)有限；只有通過(guò)測(cè)量包括前進(jìn)接觸角和后退接觸角值的動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量才能為表征待測(cè)體系的潤(rùn)濕特性提供完整的信息：其中前進(jìn)接觸角的值更多地與表面的低能量組分有關(guān)，而后退接觸角的值則對(duì)表面的高能量部分（結(jié)構(gòu)）更敏感。在表面的老化/重組過(guò)程中（這通常發(fā)生在經(jīng)過(guò)等離子體處理的表面），低能量組分趨向于排列到表面的最外層（以使得體系的總能量盡可能地低），但（表面處理時(shí)引入的）高能量結(jié)構(gòu)或官/功能團(tuán)并沒(méi)有消失，而是被隱藏在深一些的表層，它們的存在可以通過(guò)后退接觸角的測(cè)量被感知或反映出來(lái)。對(duì)于通過(guò)引入表面微觀（納米/微米）結(jié)構(gòu)而裝備的超疏水性表面，如果我們只是通過(guò)測(cè)量簡(jiǎn)單的（靜態(tài)）接觸角的值，就會(huì)忽略了表面粘性（adhesive）成分的存在，無(wú)法解析為什么（靜態(tài)）接觸角值相差不大的二個(gè)表面，會(huì)有完全不同的起始滑動(dòng)角？

但在目前情況下，在測(cè)量?jī)x器還無(wú)法自動(dòng)、快速地完成動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量的前提下，簡(jiǎn)單的、（靜態(tài)）接觸角的測(cè)量至少在工業(yè)/生產(chǎn)領(lǐng)域還是有其存在的合理性。在這種情況下，用戶應(yīng)該設(shè)定一套測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)步驟（SOP），盡量地把操作的每一步都固定下來(lái)，以提高接觸角測(cè)量的可重復(fù)性和（同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的）相互可比性。對(duì)于科學(xué)研究領(lǐng)域，在進(jìn)行這樣的測(cè)量時(shí)，應(yīng)該盡可能詳細(xì)地給出測(cè)量/操作的具體步驟，使得其他人能夠更好地了解或重復(fù)測(cè)量的結(jié)果。

進(jìn)一步閱讀：動(dòng)態(tài)接觸角及其測(cè)量

6. 接觸角值的可重復(fù)性如何？

上面5中已經(jīng)指出接觸角值的特點(diǎn)和具體測(cè)量步驟可能對(duì)獲得的所謂的靜態(tài)接觸角值的影響。

如果我們這里談?wù)摰氖峭ǔＫ^的靜態(tài)接觸角值的重復(fù)性，那么由于它的具體數(shù)值可以受到測(cè)量過(guò)程的許多細(xì)節(jié)的影響，所以只有當(dāng)這些有關(guān)測(cè)量步驟的細(xì)節(jié)固定下來(lái)時(shí)，才能比較準(zhǔn)確地討論其重復(fù)性。

由于重復(fù)性首先與樣品表面有關(guān)，所以使得討論這一問(wèn)題相當(dāng)辣手，盡管許多用戶會(huì)提到這一問(wèn)題。

如果假設(shè)涉及的是理想、完美的樣品表面，那么這里的重復(fù)性所指的純粹是測(cè)量方法的重復(fù)性。在這種情況下，目前好的儀器可以達(dá)到的測(cè)量測(cè)量重復(fù)性在0.1-0.3°。而這一結(jié)果也得到許多實(shí)際測(cè)量的支撐，有不少學(xué)者研究過(guò)液體在相當(dāng)完美的固體樣品表面（同一晶面）的接觸角值，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性基本上符合這里提及的數(shù)值。

對(duì)于通常的樣品表面，我們遇到過(guò)的比較完美的工業(yè)產(chǎn)品表面的接觸角測(cè)量的可重復(fù)性在1°以內(nèi)（接觸角值在100-120°范圍），這一重復(fù)性包括前進(jìn)接觸角測(cè)量的可重復(fù)性和采用固定操作步驟而獲得的所謂的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性。但我們也時(shí)常遇到一些樣品，即使同樣采用固定操作步驟，獲得的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性或波動(dòng)幅度在3-5°。

對(duì)于普通的表面，如果其接觸角滯后性的幅度在幾十度的范圍，一般情況下，前進(jìn)接觸角值的可重復(fù)性要比通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量獲得的靜態(tài)接觸角值的可重復(fù)性好得多。后者的可重復(fù)性，即使采用固定操作步驟，在很大程度上取決于難免存在的、微小的操作上的差異可能對(duì)液滴最后展現(xiàn)的接觸角值的影響，而這又與樣品本身的屬性緊密相關(guān)。

另外，前面討論的結(jié)論都是基于樣品表面屬性基本均勻（化學(xué)/物理/幾何均勻性）的前提。如果樣品表面本身就不符合這一前提，那么測(cè)量得到的數(shù)值的波動(dòng)幅度不但包含了前面提及的測(cè)量的因素，更是包括了樣品表面本身的屬性波動(dòng)，這也是為什么通過(guò)測(cè)量液滴在固體表面不同位置上的接觸角值，可以樣品對(duì)表面均一性或不均一性進(jìn)行表征的基礎(chǔ)。

7. 測(cè)量得到的接觸角值與哪些因素有關(guān)？

首先測(cè)量得到的接觸角值與樣品表面的屬性有關(guān)，這也是測(cè)量接觸角的意義和用途，具體請(qǐng)參見(jiàn)：影響接觸角值的因素

其次，得到的接觸角測(cè)量值的還與具體的測(cè)量/操作步驟有關(guān)（FAQ-CA 5和6），而后者對(duì)測(cè)量結(jié)果的可能影響（幅度）又緊密地與前面提及的表面本身的屬性相關(guān)。

8. 測(cè)量接觸角的液滴體積多大比較合適？

在FAQ-CA-2中我們已經(jīng)回答了有關(guān)接觸角測(cè)量值是否與液滴的體積大小有關(guān)系的問(wèn)題: 答案是基本上沒(méi)有關(guān)系。那么平時(shí)在測(cè)量時(shí)應(yīng)該采用多大體積的液滴比較合適呢？

首先考慮二種特殊/極端情況：

1. 樣品表面可供測(cè)量的面積相當(dāng)有限，比如在有些電路板（PCB）上的測(cè)量，可供測(cè)量面積可能小至1mm²（甚至以下)。在這種情況下，只能采用足夠小體積的液滴，以能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量為首要目標(biāo)。在這種情況下，必要時(shí)，液滴的體積可以小至納升級(jí)，但需要相應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和加液系統(tǒng)的配合，而且在這種情況下，液滴在瞬間后就揮發(fā)/蒸發(fā)消失，所以一般得通過(guò)先錄像、再對(duì)錄像進(jìn)行分析計(jì)算的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

2. 希望通過(guò)測(cè)量來(lái)分析樣品表面的（二維）均勻性（或非均勻性）。此時(shí)液滴的體積應(yīng)根據(jù)樣品表面需要測(cè)量的尺寸和希望達(dá)到的位置分辨率來(lái)選擇：需要測(cè)量的尺寸越小，位置分辨率要求越高，就應(yīng)該采用較小體積的液滴進(jìn)行測(cè)量。

在其它情況下，如果樣品的表面面積對(duì)液滴的尺寸不構(gòu)成限制，那么液滴的體積就不應(yīng)該選擇的太小，因?yàn)椋?/p>

1. 液滴體積太小，會(huì)因?yàn)閾]發(fā)/蒸發(fā)而迅速地減小體積，導(dǎo)致其形狀和接觸角值發(fā)生變化；

2. 液滴體積太小，與樣品表面發(fā)生接觸的面積也小（或接觸點(diǎn)數(shù)也少），表面上任何微小的缺陷或不均勻性將對(duì)液滴的接觸角值造成較大的影響。但真正對(duì)接觸角值起到?jīng)Q定作用的只是液體與表面（以及氣相）形成的三相接觸周邊線（triple-phase contact line）上的作用力，液滴下面所覆蓋的表面面積（surface area）的屬性對(duì)接觸角值基本上不產(chǎn)生影響。

3. 液滴體積太小，如果沒(méi)有足夠大的光學(xué)放大倍數(shù)的配合，得到的液滴圖像較小，將影響接觸角值分析/計(jì)算的精度和準(zhǔn)確度。

所以一般情況下，以3-10微升為比較合適。同時(shí)需要考慮接觸角的值和儀器的視野范圍：接觸角值比較低時(shí)，可以采用體積較小的液滴；接觸角值越高，越適合采用尺寸較大的液滴。不少專業(yè)文獻(xiàn)建議采用體積至少在10微升以上的液滴進(jìn)行測(cè)量。

9. 影響接觸角值的因素？

大家通過(guò)測(cè)量液體在固體表面上的接觸角值，希望通過(guò)獲得的數(shù)據(jù)來(lái)表征固體表面的潤(rùn)濕性和液體與固體表面之間的相互作用。所以決定接觸角值大小的首先是體系本身的屬性，這個(gè)體系包括液體/固體表面/氣氛（如空氣相）。當(dāng)液體和氣氛一定時(shí)，我們希望接觸角值只與固體表面（的屬性）相關(guān)，這樣就能夠通過(guò)接觸角值的測(cè)量來(lái)推斷固體表面的屬性。

但事實(shí)上還有許多因素\可能對(duì)測(cè)量得到的接觸角值產(chǎn)生影響：

1. 接觸角值的滯后性：上面已經(jīng)提及，對(duì)于一給定的實(shí)際體系，由于表面的不完美性（包括化學(xué)/物理/形貌上的不完美性），其可以體現(xiàn)的接觸角值一般是一個(gè)范圍，而非一個(gè)特定的值。液滴具體展現(xiàn)這一范圍中的哪個(gè)值，與液滴的形成方式和它在形成后的經(jīng)歷有關(guān)。所以測(cè)量的具體步驟和方式將對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，為了提高測(cè)量的可重復(fù)性，應(yīng)該設(shè)定一套統(tǒng)一的測(cè)量步驟，或者更好地通過(guò)動(dòng)態(tài)接觸角的測(cè)量獲得接觸角值的范圍。只有后者才能提供最完整的有關(guān)固體表面屬性的信息。

2. 周圍環(huán)境的影響，這包括測(cè)量時(shí)的溫度，壓力，以及氣相（氛）的組成（化學(xué)組成/相對(duì)濕度等）。

3. 表面上可能存在的靜電。靜電非常容易產(chǎn)生在非導(dǎo)體表面上（如高分子表面），而表面上的靜電與液滴之間的（額外）作用力將對(duì)接觸角值產(chǎn)生（明顯）影響，所以在測(cè)量前通過(guò)合適的手段（比如運(yùn)用去靜電槍），去除表面上的靜電是確保得到的接觸角值能夠反映其真實(shí)值的重要環(huán)節(jié)。

4. 樣品表面在測(cè)量前的狀態(tài)（pre-conditioning）。在測(cè)量前，確保讓樣品表面獲得統(tǒng)一的狀態(tài)，比如通過(guò)在同樣的條件下（一定的氣氛和溫度下）放置相同的時(shí)間，也是重要的一環(huán)，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證樣品表面的組分和分子得到同樣的機(jī)會(huì)以進(jìn)行調(diào)整和重排，而這些均會(huì)對(duì)接觸角的值產(chǎn)生影響。

5. 測(cè)量用液體的純度。在前面已經(jīng)提及，接觸角的值應(yīng)該由 ?液體/固體表面/氣相“ 所決定，我們希望在液體和氣相相同的情況下，通過(guò)測(cè)量得到的接觸角值來(lái)表征固體表面的屬性，而這一前提是液體相維持恒定。如果由于某種原因（污染/純度變化/變質(zhì)等），測(cè)量用的液體相發(fā)生變化，這勢(shì)必也將影響得到的接觸角值。而與接觸角值關(guān)系最緊密的液體屬性是它的表面張力值，后者很容易由于受到污染或由于純度發(fā)生變化而變化。所以非常有必要不時(shí)地通過(guò)對(duì)測(cè)量用液體的表面張力值的測(cè)量，來(lái)控制/確保采用的液體的質(zhì)量。而準(zhǔn)確測(cè)量液體表面張力值很容易通過(guò)儀器提供的光學(xué)懸滴法來(lái)完成（甚至可以在接觸角測(cè)量前的前一瞬間同時(shí)完成）。

6. 樣品表面受到污染。接觸角值對(duì)表面非常敏感，它的敏感性甚至高于任何其它的表面表征手段（如XPS），因?yàn)樗慌c表面最外層的約1 nm的厚度屬性有關(guān)系，而其它的表面表征手段感知的更 ?深入“些（比如XPS能夠感知到約10nm的深度）。也就是說(shuō)，能夠影響接觸角值的只有表面最外層的一個(gè)約1 nm厚度的薄層，在這一薄層以下的表面結(jié)構(gòu)和屬性將不再對(duì)決定接觸角值作出什么貢獻(xiàn)。所以樣品表面上任何微小的污染，雖然它的量從樣品總量來(lái)說(shuō)是如此地微不足道，也可能對(duì)接觸角的值產(chǎn)生明顯地影響，而這些影響將不可能被樣品的其它未受污染部分所稀釋（所平均）。

7. 最后需要提及的還有樣品表面的微結(jié)構(gòu)。除了樣品表面的化學(xué)/物理屬性外，表面的微結(jié)構(gòu)（包括粗糙度）將對(duì)接觸角的值以及其滯后性生產(chǎn)顯著影響。這也是通過(guò)接觸角測(cè)量來(lái)表征這些微觀結(jié)構(gòu)的原理。

影響接觸角值的因素

10. 有哪些不同的接觸角值？

由于真實(shí)樣品表面的不完美性，導(dǎo)致接觸角滯后性的存在，而這又決定了對(duì)于一個(gè)同樣的體系，接觸角的值不是唯一的，而是一個(gè)范圍。當(dāng)在樣品表面形成一個(gè)液滴時(shí)，其具體展現(xiàn)哪一個(gè)（這一范圍內(nèi)的）值，與具體的形成方式和其后的經(jīng)歷有關(guān)，這就導(dǎo)致了明目眾多的接觸角值和概念，如

靜態(tài)接觸角，平衡接觸角，楊氏接觸角，（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)）前進(jìn)接觸角，（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)）后退接觸角，動(dòng)態(tài)接觸角等。

有關(guān)的詳細(xì)討論請(qǐng)參見(jiàn)：動(dòng)態(tài)接觸角及其測(cè)量

© 寧波新邊界科學(xué)儀器有限公司版權(quán)所有，未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載。