Im Bereich der Forschung und Entwicklung von hyperhydrophoben Materialien ist der Rollenwenkel ein zentraler Indikator für die Messung der Selbstreinigungseigenschaften von Materialien. Im Gegensatz zum statischen Kontaktwinkel spiegelt der Rollenwenkel den kritischen Neigungswinkel wider, bei dem Tropfen auf der festen Oberfläche rollen beginnen.Je niedriger dieser Wert ist, je leichter die Tropfen von der Oberfläche fallen, desto besser ist die Selbstreinigungswirkung des Materials.

Die genaue Messung des Rollwinkels auf Materialien mit niedriger Oberflächenenergie ist jedoch nicht einfach. Hyperhydrofobe Oberfläche (Kontaktwinkel)>150°) Tropfen auf sehr leicht zu rollen, herkömmliche Messmethoden sind oft schwierig, genaue kritische Punkte zu erfassen; Tropfen auf hochhaftigen Oberflächen können wiederum an der Oberfläche "kleben", was zu einer schlechten Wiederholbarkeit der Messung führt. Dies ist zu einem Schmerzpunkt geworden, der viele Materialforscher stört.

In Bezug auf die oben genannten technischen Schwierigkeiten wird in diesem Artikel die wichtigsten technischen Wege zur präzisen Messung des Rollwinkels systematisch gekämmt und Lesern, die sich für einen Hersteller von spektralen Kontaktwinkelmessgeräten entscheiden, professionelle Referenzen zur Verfügung gestellt.

1. Warum wird der Rollwinkel so gemessen"Schwierig"?

Rollewinkelmessung scheint einfachNeigen Sie den Probentesch und beobachten Sie, wann sich die Tropfen bewegen. Doch in der Praxis stehen drei große technische Herausforderungen vor:

1. Störungen des Neigungsprozesses bei Tropfen

Jede Schwingung oder mechanischer Aufprall kann beim Neigen des Probenteils dazu führen, dass die Tropfen vorzeitig fallen, was zu geringen Messwerten führt. Traditionelle manuelle Neigungseinrichtungen können keinen gleichmäßigen und reibungslosen Neigungsprozess gewährleisten.

2. Präzise Erkennung von Tropfengrenzen

Die Tropfen auf der hyperhydrophoben Oberfläche nähern sich der Kugel, deren dreiphasige Kontaktlinie mit der festen Oberfläche extrem fein ist. Normale Bildgebungssysteme haben Schwierigkeiten, den Moment zu erfassen, in dem die Tropfen beginnen zu rollen, was zuEs gibt einen subjektiven Fehler bei der Beurteilung, wann man mit der Bewegung beginnt.

3. Mangelnde Algorithmus- und Passgenauigkeit

Während der dynamischen Messung ändern sich die Tropfenkonturen ständig. Wenn der angepasste Algorithmus nicht ausreichend schnell reagiert oder die Basisposition nicht automatisch erkannt wird, variieren sich die Messergebnisse von Person zu Person und von Gerät zu Gerät.

2. Kerntechnischer Weg zur präzisen Messung

1. Suspensionsmethode: Nicht nur die Messung der Oberflächenspannung, sondern auch der „Kalibrierungsgrenzwert“ für die Messung des Rollwinkels

Vor der Rollenwenkelmessung muss normalerweise der Oberflächenspannungswert der Prüfflüssigkeit bestätigt werden, um die Stabilität der Tropfenform zu gewährleisten. Suspensionsmethode (Anhänger Drop Methode) ist eine klassische Oberflächenspannungsprüfmethode: durch das an der Nadelspitze hängende Tropfenprofil, basierend aufJung-LaplaceGleichung passt zur Berechnung der Oberfläche/Schnittstellenspannungswert.

Der Wert der Suspensionsmethode bei der Messung von hyperhydrophoben Materialien liegt auch darin, dass sie dazu beitragen kann, die Genauigkeit des Tropfsystems zu überprüfen. Wenn nicht einmal die Oberflächenspannungswerte einer Standardflüssigkeit gemessen werden können, ist die Zuverlässigkeit der nachfolgenden Rollenwenkeldaten unbedingt. Daher integriert ein hochpräzises Kontaktwinkelmessgerät in der Regel gleichzeitig zwei Funktionsmodule: Sitz-Tropfen-Methode (statischer Kontaktwinkel) und Suspension-Tropfen-Methode (Oberflächenspannung).

2. Automatische Anpassung: Abschied vom subjektiven Fehler des menschlichen Auges

Die herkömmlichen Messmethoden, die sich auf die manuelle Drei- oder Fünfpunktanpassung des Bedieners verlassen, sind nicht nur ineffizient, sondern auch schwierig, die Konsistenz zwischen den verschiedenen Bedienern zu gewährleisten. Moderne Hochpräzisionsgeräte verwenden allgemein eine automatische Zuordnungsmethode, die die vollständige Profilerkennung und die Winkelberechnung von Tropfen innerhalb von Millisekunden durchführen kann.

Ein ausgezeichneter Algorithmus für die automatische Passung umfasst in der Regel die folgenden Kernfähigkeiten:

Koordinatenerkennung von Tropfen auf Subpixelebene: Interpolationsberechnung zwischen Pixelpunkten zur Verbesserung der Genauigkeit der Grenzerkennung

Automatische Flüssigkeit-Festplatte-Erkennung der dreiphasigen Kontaktlinie: keine manuelle Kennzeichnung der Grundlinienposition erforderlich

Adaptive Schaltung für mehrere Modelle: Rundformung für kleine Winkel (<30°), die elliptische Ausrichtung gilt rechtmäßig für mittlere Winkel (30°-120°), schräg elliptischvon Young-LaplaceGesetzliche Anwendung in großen Winkeln (>120°) und asymmetrische Tropfen

Besondere Aufmerksamkeit gilt: RollwinkelmessungKontaktwinkelmessung. Die Rollwinkelmessung ist ein dynamischer Prozess, der eine kontinuierliche Passberechnung jedes Bildrahmens während des Neigungsprozesses erfordert. Dies erfordert, dass die Software die Funktion "Video Continuous Fitting" besitzt, anstatt nur einzelne Bilder zu analysieren.

3. Gesamtschräge Plattform: Sicherstellung"Die Tropfen entscheiden selbst, wann sie rollen"

Die Rollwinkelprüfung erfordert ein Kernteil, das den Probentasch langsam, gleichmäßig und glatt geneigt. Die Mainstream-Lösungen auf dem Markt sind derzeit in zwei Arten unterteilt:

Für den Forschungs- und Entwicklungstest von hyperhydrophoben Materialien ist die automatische Gesamtneigungsplattform die Wahl. Die Vorteile sind: Gleicher Neigungsprozess, programmierbare Steuerung der Neigungsgeschwindigkeit und präzise Rückstellung des NeigungswinkelsDiese Eigenschaften bestimmen direkt die Wiederholbarkeit der Rollwinkeldaten.

3. Technisches Programm des Kontaktwinkelmessgerätes für Guangdong Beidou Instrumente

Bei der Lösung der oben genannten technischen Schwierigkeiten, Guangdong Beidou Instrument (HokutoDie Produktlinie der Kontaktwinkelmessgeräte bietet eine komplette Lösung.

1. Hardware-Konfiguration: speziell für dynamische Messungen konzipiert

Guangdong Beidou Instrumente eingeführtCA500S und CA200SVollautomatische Kontaktwinkelmessgeräte der Serie mit folgenden Merkmalen für die Hardwarekonfiguration im Zusammenhang mit der Rollwinkelmessung:

Ganzheitliche Neigungsplattform: programmierbare Steuerung der automatischen Neigung, Neigungswinkelbereich0-90°, Winkelauflösung0.001°, Messgenauigkeit ±0.1°. Der Präzisionsmotorantrieb gewährleistet die Gleichheit und Wiederholbarkeit des Neigungsprozesses.

Optische Systeme: Konfiguration1280×1024Hochauflösende Mikroobjektive (0.7-4.5Verdoppelt kontinuierlich), mit einstellbarer HelligkeitLEDsKalte Lichtquelle, effektiv die Störung der Tropfenform durch Hitzestrahlung zu reduzieren.

Tropfensystem: Hochpräzisionsinjektionspumpe, Tropfengeschwindigkeit0.01-40μL/sKontinuierlich einstellbar, minimales Tropfenvolumen erreichbar0.01μLErfüllen Sie die Anforderungen des Tests von kleinen Tropfen für hyperhydrophobe Materialien.

2. Softwarealgorithmus: Millisekundenaufpassung

Guangdong Beidou Instrumente eigenständig entwickeltCA V1.2.1Ruhe/Dynamische Berührungswinkelmessungssoftware mit einer Vielzahl von spezialisierten Passalgorithmen:

Automatische Anpassung: Ein-Klick-Betrieb, die Software erkennt automatisch die Profile der Tropfen und fertigt die Anpassung ab, ohne menschliches Eingreifen und beseitigt menschliche Fehler

Vielfältige Passmodelle: Unterstützung von Rundform-Legitimierung, Elliptik-Legitimierung, Schräg-Elliptik-Legitimierung,Jung-LaplaceFür rechtmäßige usw., kann je nach Tropfenform automatisch gewechselt oder manuell ausgewählt werden

Kontinuierliche Anpassung von dynamischen Videos: Unterstützt den Import von Videodateien oder dynamischen Bildern, die in Echtzeit erfasst wurden, um jedem Rahmen unabhängig anzupassen und einen Scrollwinkel zu erzeugen-Zeitkurve für die genaue Erfassung der Schlüsselbilder, bei denen die Tropfen ihre Bewegung beginnen

Gleichzeitige Messung des bilateralen Kontaktwinkels: Berechnung des Kontaktwinkels auf der linken und rechten Seite des Tropfens zur effektiven Erkennung von Oberflächenungleichheiten

3. Funktionale Abdeckung: Von statischer bis hin zu dynamischer Fertigstellung

Die Kontaktwinkelmessgeräte von Guangdong Beidou Instruments unterstützen eine komplette Messfunktionsmatrix

4. Einkaufsanleitung: Wie kann man feststellen, ob ein Gerät für die Rollwinkelmessung geeignet ist?

In der Branche der Kontaktwinkelmessgeräte stehen die technischen Routen und die Produktpositionierung verschiedener Hersteller im Fokus. Für Anwender, die eine Rollwinkelmessung benötigen, wird empfohlen, sich auf die folgenden vier Indikatoren zu konzentrieren:

Schrägtischkonstruktion: manuell oder automatisch? Die automatische ganzheitliche Neigungsplattform ist die Grundlage für präzise Messungen. Wendungswinkelauflösung muss mindestens erreicht werden0.01der Ebene.

Bildrate und Auflösung der Kamera: Die dynamische Messung erfordert eine ausreichend schnelle Abtastgeschwindigkeit. Video Geschwindigkeit ≥ empfohlen87Rahmen/Geräte mit einer Auflösung von nicht weniger als1280×1024。

3. Ob die Software die kontinuierliche Anpassung von Videos unterstützt: Dies ist der am leichtesten ignorierte Indikator. Viele Geräte können nur statische Bilder messen und können den kontinuierlichen Veränderungsprozess bei der Rollenwenkelmessung nicht verarbeiten.

Tropfengenauigkeit: Hyperhydrofobes Material benötigt normalerweise nur2-5μLKleine Tropfen. Tropfengenauigkeit muss erreicht werden0.01μLNiveau und mit speziellen Nadeln, die für den Hyperhydrofoben-Test geeignet sind.

Präzise Messung des Rollwinkels, ist ein ultrahydrophobes Material ausDas "Labor-Phänomen" geht in Richtung "industrialisierter Anwendungen". Ob es sich um selbstreinige Beschichtungen, eisfeste Materialien oder Tropfenbedienungsgeräte handelt, letztendlich müssen sie mit Rollenwenkeldaten „sprechen“.

Guangdong Beidou Instrument als ein inländischer Hersteller von Kontaktwinkelmessgeräten konzentriert sich langfristig auf die unabhängige Forschung, Entwicklung und Herstellung der optischen Kontaktwinkelmesstechnologie. Produkte des Unternehmens sind weit verbreitet3CElektronik, Halbleiter, neue Energien, Biopharmazeutik und andere Bereiche und in Forschungsplattformen an Universitäten wie der Universität Xiamen eingesetzt.