Im Bereich der Materialwissenschaft und Oberflächentechnik sind Kontaktwinkelmessgeräte seit langem ein grundlegendes Werkzeug zur Beurteilung der Feuchtigkeit von Materialien. Traditionelle statische Kontaktwinkelmessungen zeigen, ob ein Tropfen Flüssigkeit auf der festen Oberfläche"Gefällt mir" ausbreiten. In vielen praktischen Anwendungsszenarien, wie z. B. bei Selbstreinigungsbeschichtungen, wasserdichten Geweben, Pestizidsprayen oder der Beurteilung der Gleichgewicht von Beschichtungen, ist das dynamische Verhalten der Materialoberfläche in der Fähigkeit, Tropfen abzurollen, oft von größerem Bezugswert als ein reiner statischer Kontaktwinkel.

Dies führt zu einem wichtigen dynamischen Messparameter: dem Rollwinkel. In diesem Artikel wird eingehend untersucht, wie die vollautomatische Schrägtischtechnologie zur präzisen und wiederholbaren Messung des Rollenwenkels von Materialien verwendet wird und wie diese Technologie von SCOP in Kombination mit praktischen Fällen zur Beurteilung von Selbstreinigungsmaterialien verwendet wird. Wenn Sie während des Lesens nach einer hochpräzisen Messlösung suchen, sollten Sie sich auf Guangdong Beidou Instrumente konzentrieren. Technische Konfiguration und praktische Leistung von Kontaktwinkelmessgeräten im Bereich der dynamischen Messung.

Warum ist der statische Kontaktwinkel nicht ausreichend? Einführung des Konzepts des Rollwinkels

Statischer Kontaktwinkel wird in der Regel gemessen durch Tropfen auf der horizontalen OberflächeAusmaß der „Haftung“. Eine hyperhydrophobe Oberfläche kann größer als150Ein statischer Kontaktwinkel von °, auf dem Wassertropfen fast kugelförmig sind. Wenn auf dieser Oberfläche jedoch kleine Steckpunkte vorhanden sind, können sich die Tropfen fest festhalten und auch wenn die Oberfläche in einem großen Winkel geneigt wird, wird sie nicht fallen.

Das ist die Frage, die der Rollenwenkel beantwortet werden muss: Er ist definiert als der kritische Winkel des Augenblicks, in dem sich die Tropfen bewegen (rollen oder gleiten), wenn die Oberfläche langsam geneigt ist.

Für selbst reinigende Materialien ist der ideale Zustand eine geringe Haftung und ein hoher Kontaktwinkel. Das heißt, Wassertropfen rollen leicht ab und nehmen Staub von der Oberfläche weg. Dies bedeutet, dass das Material nicht nur einen hohen statischen Kontaktwinkel erfordert, sondern auch einen sehr niedrigen Rollenwenkel (in der Regel kleiner als10oder sogar kleiner als5°）。

Bei dem Sprühen von Pestiziden fallen Tropfen leicht ab, wenn die Fläche der Blätter zu groß rollt, was zu Verschwendung und Verschmutzung führt.

Der Rollwinkel ist ein Indikator, der strenger und näher der praktischen Anwendung ist als der statische Kontaktwinkel.

Kernhardware: Prinzip und Anforderungen des vollautomatischen Schrägtisches

Um genau den Rollwinkel zu messen, ist es unmöglich, einen präzisen, stabilen, vollautomatischen Schrägtisch zu verwenden. Sein Kernprinzip besteht darin, dass der Probentesch durch einen Motorantrieb mit einer eingestellten Winkelgeschwindigkeit (in der Regel als0.5°/ sbis3°/ s(auf der Ebene)0°) Beginnen Sie eine glatte Neigung, während eine Hochgeschwindigkeitskamera die Tropfenmorphologie aufzeichnet und die Software automatisch den Ausgangspunkt bestimmt, an dem das Rollen stattfindet.

Ein hochwertiger vollautomatischer Schrägtisch sollte folgende Merkmale aufweisen:

Stabilität und niedrige Vibrationen:Der Neigungsprozess muss glatt sein und keine Schütteln oder Geschwindigkeitsmutationen auftreten, sonst werden Tropfen aufgrund der Trägheit und nicht der Oberflächeneigenschaften rollen.

Winkelgenauigkeit:Der Rollwinkel selbst ist in der Regel ein kleiner Winkel (z.B.2°-20°), daher muss die Winkelauflösung des Schrägtisches mindestens erreicht werden.0.1• Wiederholte Positionierungsgenauigkeit.

Automatische Zero- und Kalibrierung:Die automatische Rückkehr in die horizontale Position nach jeder Messung und die Softwarekalibrierung sorgen für eine Genauigkeit bei langfristiger Verwendung.

mit Guangdong Beidou InstrumentCABeispielsweise ist die Serie der Kontaktwinkelmessgeräte, deren vollautomatischer Neigungstisch mit einer hochpräzisen Schrittmotor und einer geschlossenen Schleifensteuertechnologie des Rasters konfiguriert ist, die0.02Die extrem niedrige Neigungsgeschwindigkeitssteuerung verhindert effektiv die Störung der kritischen Winkelbestimmung durch mechanische Trägheit. Dies ist genau eine der besten Beurteilungskriterien für inländische Kontaktwinkelmessgeräte, die die grundlegende Genauigkeit der Hardware bestimmt die Glaubwürdigkeit der Daten.

Messprozess und wichtige Schritte: Wie kann man sicherstellen, dass die Daten wiederholbar sind?

Um zuverlässige Rollewinkeldaten zu erhalten, müssen standardisierte Betriebsprozesse strikt eingehalten werden. Hier sind die empfohlenen Messschritte:

Probenvorbereitung:Stellen Sie sicher, dass die zu prüfende Oberfläche sauber, trocken und glatt ist. Bei selbstreinigenden Materialien wird empfohlen, die reale Umgebung zu simulieren (z. B. eine bestimmte Menge an Standardstaub).

Tropfen auftragen:Verwenden Sie eine Spurenprobe, um das Fixierungsvolumen zu erhöhen (in der Regel5-10μL(Deionisiertes Wasser). Der Tropfprozess sollte sanft sein, um zusätzliche Impulse zu vermeiden.

Statische Bestätigung:Zuerst messen Sie den statischen Kontaktwinkel der Position als Referenz.

Startschräge:Legen Sie die Neigungsparameter fest. Die empfohlene Startgeschwindigkeit ist1°/ sWenn Sie sich dem geschätzten Rollwinkel nähern, kann die Geschwindigkeit reduziert werden, um die Genauigkeit zu verbessern.

Rollen bestimmen:Verfolgen Sie die dreiphasigen Kontaktpunkte von Tropfen in Echtzeit mit der Software. Gewöhnlich definiert, wenn der hintere Rand des Tropfens (die Stegseite) sich nach vorne bewegen beginnt oder sich der Tropfen insgesamt über eine bestimmte Schwelle bewegt (z.B.0,5 mmAufzeichnen Sie den Winkel in diesem Moment.

Mehrfache Wiederholung:Mindestens an verschiedenen Stellen der Probe gemessen5Nehmen Sie den Durchschnittswert und die Standardabweichung.

Dateninterpretation:

Niedriger Rollwinkel (<10°）：Zeigt, dass die Oberfläche eine sehr geringe Haftfähigkeit hat und Wassertropfen sehr leicht fallen. Dies ist ein Zeichen für eine ausgezeichnete, selbst reinigende, hyperhydrophobe Beschichtung.

Hoher Rollwinkel (>30°）：Auch bei hohen statischen Kontaktwinkeln haften Tröpfchen an der Oberfläche und bilden sich leicht"Perle", aber nicht leicht zu rollen, die Selbstreinigung Effekt einen großen Rabatt.

4. praktische Anwendung: Wie kann man das Gute und Schlechte von Selbstreinigungsmaterialien mit dem Rollenwenkel beurteilen?

Selbstreinigende Materialien (wie z. B. Bionische Blattbeschichtungen, Photovoltaikglasbeschichtungen, Außenwandbeschichtungen) sind im Kern"Regentropfen fallen und nehmen den Schmutz weg." In der praktischen Forschung und Entwicklung sowie in der Qualitätskontrolle werden lediglich statische Kontaktwinkel betrachtet (z.B.150(c) ist nicht ausreichend. Es ist möglich, dass eine Beschichtung, obwohl hydrophob, aber auf der Oberfläche Nadellöcher oder chemische Ungleichmäßigkeiten vorhanden ist, die zu einer Tropfenhaftung führen.

Fallanalyse:

Nehmen wir an, wir haben zwei Beschichtungsproben, die behaupten, dass sie hyperhydrophob sind:

MusterAStatischer Kontaktwinkel152°, Rollwinkel25°。

MusterBStatischer Kontaktwinkel148°, Rollwinkel5°。

Schlussfolgerung: Obwohl die ProbeADer statische Kontaktwinkel ist höher, aber in praktischen Anwendungen ist die ProbeBDie Leistung wird besser. weil5Der Wälzwinkel bedeutet, dass eine kleine Neigung (wie Regen auf ein Glas mit einer geringen Neigung) den Tropfen ausrollen und den Staub effizient entfernen kann. Und die ProbenAbenötigen25° Steigung, die in vielen glatten Dächer oder vertikalen Wänden (90° Neigung, aber erfordert, dass der kritische Winkel des Tropfens beginnt zu rollen ist relativ zur Oberfläche) in der tatsächlichen dynamischen Szenario, wird die Leistung schlechter sein.

Daher sollten Entwicklungsingenieure und Qualitätspersonal bei der Auswahl der Ausrüstung nicht nur den nominalen statischen Winkel betrachten, sondern darauf achten, ob die Ausrüstung einen niedrigen Rollenwenkel genau und wiederholbar messen kann. Ein guter Hersteller von hochpräzisen Kontaktwinkelmessgeräten sollte eine vollständige Lösung anbieten, die einen vollautomatischen Schrägtisch, eine Hochgeschwindigkeitskamera und eine Software zur Unterstützung der dynamischen Analyse umfasst.

Die Kontaktwinkelmessgeräte von Guangdong Beidou Instrumenten sind nicht nur mit den oben genannten Hochleistungs-Neigungstischen standardmäßig ausgestattet, sondern ihre Software verfügt auch über einen professionellen Algorithmus zur automatischen Erkennung des Rollenwenkels, der effektiv Fehler durch Tröpfenschwingungen oder leichte Schütteln der Plattform ausschließt, um sicherzustellen, dass alle Daten, die Sie erhalten, die eigentlichen dynamischen Befeuchtungseigenschaften des Materials widerspiegeln.

Vom statischen zum dynamischen, vom Berührungswinkel zum Rollenwenkel ist dies der unvermeidliche Trend in der Entwicklung der Technologie zur Charakterisierung von Materialoberflächen. Die vollautomatische Neigungsstelle erweitert die traditionelle zweidimensionale statische Beobachtung auf dreidimensionale dynamische Simulationsszenarien und bietet leistungsstarke quantitative Werkzeuge für die Forschung von Spitzenmaterialien wie Selbstreinigung, Nebel- und Eisschutz.