OSA Optical Surface Analyzer - SKX系列
從輕巧的手持式到機(jī)械手輔助下的全自動(dòng)測(cè)量 - 一個(gè)“變形金剛”

SKX是OSA系列光學(xué)表面分析儀中的一位獨(dú)特的成員：

• 它運(yùn)用俯視法（Top-View）來測(cè)量液體與固體表面形成的接觸角

• 它擁有OSA系列中一款可以手持移動(dòng)（handheld mobile）的測(cè)量?jī)x

俯視法是通過從正上方觀測(cè)在固體表面形成的液滴的形狀來獲得液滴的接觸角以及與液/固-潤(rùn)濕現(xiàn)象相關(guān)的參數(shù)。正是這種非常的作法賦予了SKX許多獨(dú)特、顯著的功能和性能：

• 接觸角的測(cè)量范圍可以相當(dāng)可靠地?cái)U(kuò)展到低至0°，而采用普通的側(cè)面觀測(cè)法一般當(dāng)接觸角值低于15°時(shí)就會(huì)越來越困難，當(dāng)?shù)陀?°時(shí)需要依賴特殊的方法（比如我們新近引入的超低接觸角測(cè)量法）才能夠得到有意義的結(jié)果；

• 實(shí)際中遇到的多數(shù)樣品表面其實(shí)是不均勻或粗糙的，而且包含缺陷。液體在這樣的表面上形成的液滴往往呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀，循著這樣一個(gè)液滴的三相接觸邊界，接觸角的數(shù)值是變化的（見下圖）。采用傳統(tǒng)的側(cè)面液滴觀察法，獲得的圖像僅僅是液滴的一個(gè)橫截面，其左右二個(gè)接觸角的值也不過只是代表整個(gè)三相接觸邊界線上的二個(gè)點(diǎn)，所以其代表性是相當(dāng)有限的。采用俯視法可以獲得整個(gè)液滴周邊的平均或有效接觸角值，能更好地表征真實(shí)的潤(rùn)濕性；

  上圖：水滴在玻璃表面的俯視圖，接觸角約33°；下圖：水滴在一塑料表面的俯視圖，接觸角約65°。
  圖中綠色圓圈包括的面積相當(dāng)于不規(guī)則潤(rùn)濕區(qū)域的總面積。

• 經(jīng)常需要測(cè)量凹曲面（如鏡片的凹面）或周圍凸起處（如信用卡的芯片粘結(jié)處, 不粘鍋的內(nèi)底面）的接觸角值，傳統(tǒng)的側(cè)面法根本無法勝任這樣的測(cè)量，而采用俯視法的SKX能夠毫無困難地完成這一任務(wù)；

• 為了進(jìn)行在大面積樣品表面的測(cè)量，基于傳統(tǒng)側(cè)面法的臺(tái)式裝置必須將樣品置于光學(xué)系統(tǒng)前方：多大尺寸的樣品就需要至少多大尺寸的樣品移動(dòng)臺(tái)和相應(yīng)的鏡頭工作距離，而且前面測(cè)量時(shí)在樣品表面形成的液滴將可能阻止或影響后面的測(cè)量，使得樣品表面的可測(cè)量點(diǎn)數(shù)相當(dāng)有限。而這樣的限制對(duì)SKX都不存在；

• 為了進(jìn)行在大面積樣品表面的測(cè)量，基于傳統(tǒng)側(cè)面法的移動(dòng)式裝置必須直接接觸或非?？拷◣缀踅佑|）待測(cè)表面（距離<～1mm！），這對(duì)多數(shù)敏感的樣品表面往往是不希望的，而且這也同樣決定了每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的至少面積范圍不能小于儀器本身的“腳印”（footprint：≥ 85x30mm2）。采用俯視法的SKX在測(cè)量時(shí)可以與樣品表面保持高達(dá)至少25mm的距離，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的面積范圍可小到約5x5mm2；

• 俯視法可以同時(shí)測(cè)量和表征液體在多孔膜（或石料）表面的滲透（或吸收）和擴(kuò)展過程：液體在多孔膜（porous membrane）上的潤(rùn)濕性很難通過傳統(tǒng)的接觸角測(cè)量來表征，因?yàn)闈B透或吸收（permeation/absorption）以及擴(kuò)展（spreading）過程同時(shí)進(jìn)行，而且相當(dāng)快速。通過俯視法可同時(shí)觀察、測(cè)量這二個(gè)過程的動(dòng)態(tài)進(jìn)展。

SKX采用的測(cè)量方法雖然在市場(chǎng)上既非首次出現(xiàn)、也不是獨(dú)一的，其特出性表現(xiàn)在方法實(shí)現(xiàn)的完美程度和所能達(dá)到的性能上：它適用于幾乎所有屬性的表面，適用于整個(gè)接觸角值范圍，可采用各種體積尺寸的液滴和不同的測(cè)量液體，并且擁有極高的自動(dòng)化程度。

一個(gè)“變形金剛”，適合不同的應(yīng)用領(lǐng)域 a Transformer for a Wide Range of Applications

SKX系列的另一特點(diǎn)是它所表現(xiàn)出的多變性: 它著實(shí)是一個(gè)“變形金剛”，可以

• 作為手持移動(dòng)測(cè)量?jī)x（SKX-M）；

• 與傳統(tǒng)的側(cè)面法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)液滴同時(shí)從不同的角度進(jìn)行全方位觀察、測(cè)量（SKX-C）；

• 裝配在一懸浮測(cè)試框架上，讓它轉(zhuǎn)變成一臺(tái)式接觸角/潤(rùn)濕分析測(cè)量?jī)x（SKX-D）。當(dāng)配備自動(dòng)樣品移動(dòng)臺(tái)和自動(dòng)加液裝置后，它就是一款全自動(dòng)（通過移動(dòng)樣品）的懸浮式接觸角/潤(rùn)濕分析測(cè)量?jī)x；

• 掛載在配置有自動(dòng)加液系統(tǒng)的機(jī)械手（robotic arm）上: 它就可在樣品表面自由地懸浮移動(dòng)，可以對(duì)樣品的任一位置進(jìn)行測(cè)量，不受樣品的尺寸、重量和形貌（凹/凸，起/伏）、以及先前測(cè)量時(shí)放置在樣品表面上的液滴，所限制（SKX-L）；

• 被整合到在線（in-process）測(cè)量系統(tǒng)，成為在線質(zhì)量監(jiān)視/控制的一部分（SKX-P）。

SKX系列對(duì)于不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以以不同的面目出現(xiàn)，相互間的轉(zhuǎn)變相當(dāng)靈活、簡(jiǎn)單，可以一機(jī)多用。

特征和優(yōu)勢(shì) Features & Benefits

• 基于俯視法（Top-Viewing based）；

• 適合于測(cè)量軸對(duì)稱性和不規(guī)則形狀液滴的接觸角；

• 測(cè)定平均/有效接觸角值，評(píng)估最大/最小接觸角值和接觸角值沿周邊線的分布；

• 可以準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量低至0度的接觸角；

• 不受樣品的尺寸、形貌限制；

• 即可直接站在樣品表面（contact mode）、也可懸浮在其上方（levitation mode：可保持高達(dá)25mm的距離）實(shí)施測(cè)量；

• 因?yàn)榭紤]了重力的影響，可采用任意體積的液滴和不同（密度和表面張力）的液體進(jìn)行測(cè)量；

• 從手持移動(dòng)式到機(jī)械手輔助的全自動(dòng)測(cè)量再到在線測(cè)量：可以靈活地適合不同的應(yīng)用領(lǐng)域；

• SurfaceMeter Elements軟件：操作簡(jiǎn)易，性能杰出。

任務(wù)和應(yīng)用舉例 Tasks and Applications

• 固體表面接觸角測(cè)量；

• 固體表面表面能測(cè)量和評(píng)估；

• 表面潔凈度（如經(jīng)過清洗工序后）（cleanliness test），或表面經(jīng)過處理效果評(píng)估；

• 樣品表面的親水/疏水性評(píng)估；

• 現(xiàn)場(chǎng)（on-site）測(cè)量；

• 液體在固體表面的鋪展/滲透、可印刷性、粘附/粘結(jié)性測(cè)量分析；

• 凹曲面的接觸角或潤(rùn)濕性測(cè)量、評(píng)估；

• 大面積樣品的接觸角測(cè)量；

• 在線全自動(dòng)測(cè)量/質(zhì)量監(jiān)視和控制。

測(cè)量方法 Measuring Methods

接觸角測(cè)量：

• 座滴（Sessile Drop）俯視（Top-View）法，Laplace-Young/Sphere模型。

可選配件和擴(kuò)展功能 Accessories & Extensions

• 臺(tái)式懸浮測(cè)試框架（包括樣品移動(dòng)臺(tái)）：用于將SKX懸浮在樣品表面上方實(shí)行測(cè)量；

• OSA100和200系列適配件：用于將SKX直接掛載到OSA100或200儀器上，實(shí)行單獨(dú)或同時(shí)俯視法測(cè)量；

• 基于機(jī)械手的全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括自動(dòng)加液系統(tǒng)；

• 在線測(cè)量系統(tǒng)或匹配模塊；

• 各種規(guī)格的手動(dòng)移液器（pipette），集成手動(dòng)精密數(shù)顯注射器（i-skxMDU）和電動(dòng)液體分配器（electronic pipette/liquid dispenser），以及非接觸式自動(dòng)液體分配系統(tǒng)。

主要技術(shù)參數(shù) Technical Data

接觸角測(cè)量：

• 范圍：0 – 180°

• 精度：ca. 0.1°（0°＜θ＜90°) 或 0.5° （90°＜θ＜180°)（對(duì)于符合Laplace-Young方程的軸對(duì)稱液滴）

可測(cè)最大樣品尺寸：

• 不受限制

儀器尺寸和重量：

• 77mm (L) x 60mm (W) x 150mm (H), ca. 1000g