Folgende Faktoranalyse beeinflusst die Messergebnisse der Kontaktwinkelmessgeräte:
Oberflächeneigenschaften des Materials
Oberflächenrauheit: Mikrogeometrische Effekte verändern die tatsächliche Kontaktfläche der Tropfen erheblich. Nach dem Wenzel-Modell erhöht die Rauheit die Feuchtigkeit durch eine Erhöhung der Feststoff-Flüssigkeit-Kontaktfläche; Das Cassie-Modell beschreibt den Zustand des zusammengesetzten Kontakts, wenn Tropfen in eine grobe Strukturlücke eindringen. Raue Oberflächen können auch zu einer erhöhten Differenz zwischen Vorwärts- und Rückwärtswinkeln führen, die den Verzögerungsintervall durch Zunahme und Reduzierung des Tropfenvolumens testen müssen.
2. Chemische Zusammensetzung und Heterogenität: Ungleichmäßige Verteilung der Oberflächenenergie kann zu einer inkonsistenten Ausbreitung von Tropfen in verschiedenen Bereichen führen, die mehrere Messungen erfordern, um den Durchschnittswert zu reduzieren. Verschmutzungsschichten oder Oxidmembranen ändern die lokale Befeuchtungsfähigkeit und erfordern eine Ultraschallreinigung oder eine Stickstoffaufblasvorbehandlung.
3. Dynamische Veränderung der Oberflächenformation: Weiches Material wird unter Tropfendruck deformiert, was zu einem kleinen scheinbaren Kontaktwinkel führt, das Tropfenvolumen muss gesteuert werden oder eine Hochgeschwindigkeitskamera zur Erfassung der vorübergehenden Form verwendet wird. Das poröse Material absorbiert Flüssigkeit, wodurch sich die dreiphasige Kontaktlinie dynamisch zusammenzieht und ein Bild sofort nach dem Tropfen erfasst werden muss.
Umweltbedingungen
1. Temperaturschwankungen: Erhöhte Temperaturen reduzieren die Oberflächenspannung und Viskosität der Flüssigkeit und beeinflussen die Dynamik der Tropfenausbreitung. Die thermische Ausdehnung des Polymerenmaterials kann die Oberflächenebeneiheit ändern und Fehler einführen.
2. Feuchtigkeitseinwirkung: Die hydrophile Oberfläche absorbiert Wassermoleküle in einer feuchten Umgebung, um eine vorbefeuchtete Feuchtschicht zu bilden, was zu einem niedrigen Kontaktwinkel führt; Die Temperaturunterschiede können zu einer Veränderung der Linsennebelung oder der Verdampfungsgeschwindigkeit von Tröpfen führen und die Umgebungsfeuchte unter 50 % RH kontrollieren müssen.
3. Luftstrom und Vibrationen: Zwangskonvektion beschleunigt die Verdampfung von Tropfen und ändert die Bewegungsrichtung der dreiphasigen Kontaktlinie; Laborschwingungen können zu einer Tropfenveränderung führen und eine Isolationsplattform ist erforderlich.
Parameter des Gerätesystems
1. Präzision des optischen Systems: Ungleichmäßige Beleuchtung erzeugt Schatten-Falsifikation, die mit einer Spreisplatte verwendet werden muss, um den Gradienten der Lichtintensität zu beseitigen. Eine Randverzerrung eines Objektivs mit niedriger Qualität kann zu einer Berechnungsabweichung des Kontaktwinkels führen, die eine Kalibrierungskorrektur erfordert.
2. Kontrolle des Tropfensystems: das Tropfenvolumen ist zu groß und von der Schwerkraft beeinflusst, zu klein und anfällig für die Verdampfung, der optimale Volumenbereich beträgt 2-5 μL. Die hohe Geschwindigkeit des Tropfens verursacht kinetische Störungen und erfordert die Verwendung einer Flachkopf-Spurenspritze, um den "Suspensionseffekt" zu vermeiden.
3. Algorithmus und passendes Modell: Die Schwellenteilung ist anfällig für Hintergrundgeräusche und die Gradientranderkennung eignet sich besser für komplexe Lichtbedingungen. Die Young-Laplace-Gleichung ist für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität geeignet und die B-Spike-Kurve ist geeignet, um mit hochviskozen Tropfenverzerrungen umzugehen.
Betrieb und Probenvorbereitung
1. Probentisch Horizontal: Neigungswinkel > 0,5 ° führt zu einer ungleichmäßigen Kraft von Tröpfen, die Probentisch muss über ein Horizontometer kalibriert werden, und der Fehler wird innerhalb von ± 0,1 ° kontrolliert.
Flüssigkeitsreinigkeit und Stabilität: Flüchtige Lösungsmittel müssen versiegelt werden, sonst erhöht sich der Kontaktwinkel mit der Zeit monoton. Die Kontamination mit Oberflächenaktiven kann die Flüssigkeitsoberflächenspannung erheblich reduzieren und erfordert den Einsatz von frischem destilliertem Wasser oder ultrareinen Reagenzien.
Messung der Zeitdauer: Die reaktive Oberfläche (wie PDMS) wird nach Kontakt mit Wasser allmählich dehydriert und muss innerhalb von 10 Sekunden nach der Erfassung der Tropfen abgeschlossen werden. Der Abbau von Bioproben erfordert eine kontrollierte Testzeit von < 5 Minuten.
Die Messergebnisse von Kontaktwinkelmessgeräten werden von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst und müssen bei der Verwendung alle Aspekte berücksichtigt werden, um genaue und zuverlässige Messergebnisse zu erzielen.