標準的接觸角測量?jì)x測試操作流程及測試數據各軟件對比分析

一、接觸角測量?jì)x/水滴角測量?jì)x的測試操作簡(jiǎn)單流程：

1、采用陶瓷標定棒對儀器進(jìn)行標定；

2、測試分析用蒸餾水樣品的表面張力值，測試溫度條件為25℃，標準值為71.97mN/m，測試結果左、右均值為71.69mN/m，符合要求。

如下圖所示：

3、將測試布樣品剪切長(cháng)條小塊并采用夾具固定。

4、測試每個(gè)樣品的多點(diǎn)位置接觸角值。

二、接觸角測量?jì)x的測試結果數據分析及各軟件測值結果對比分析

本測試結果的對比分析用圖片均來(lái)自于美國科諾的SL200KS型接觸角測量?jì)x。

1、由于該儀器采用了樣品臺微分頭驅動(dòng)的水平調整功能，因而，在水平線(xiàn)的獲得方面與其他公司的接觸角測量?jì)x存在區別。

2、該儀器在測試之前，已經(jīng)采用了美國科諾檢定工具進(jìn)行了檢定，測試誤差小于1度。

檢定主要是用于考察儀器的整體設計性能，檢定球采用了紅寶石球5mm球，精度0.001mm。

3、測試用布由于其自平整度比較差，反光差，獲得比較好的水平線(xiàn)位置的圖像存在一定的難度。

4、測試布這樣的織物材料的接觸角值，同時(shí)要求對布的張緊程度盡量保持一致，否則由于張緊程度不同而接觸角測值結果出現差別。

5、通過(guò)接觸角測量?jì)x的測值結果顯示，測值結果為大于120度的疏水接觸角值。因而，樣品臺相對于鏡頭成像的左、右傾斜角度（水平）的保持相當重要，否則極易產(chǎn)生左、右接觸角偏差，即前進(jìn)、后退角。如果產(chǎn)生了前進(jìn)、后退角，則建議采用的測值結果為本征接觸角值，同時(shí)一定要結合左、右接觸角值來(lái)綜合分析。左、右接觸角值偏差越大，說(shuō)明該樣品的表面存在化學(xué)多樣性或不干凈的可能性就越大。通常而方，對于疏水材料（接觸角值大于120度時(shí)）出現左、右偏差5度以上時(shí)，就應重視此時(shí)的接觸角左、右值的分析。

6、通過(guò)分析同一張圖片不同軟件測值結果，可以查看出軟件的算法的精度、功能等。這也是能夠對比得到哪個(gè)接觸角測量軟件更符合用戶(hù)的測試需求。

7、CAST3.0提供了將所有擬合曲線(xiàn)自動(dòng)保存到圖片上的功能，可以直接將圖片壓縮成視頻AVI功能，也可以直接將圖片導出進(jìn)行分析。同時(shí)，對于保存的圖片可以進(jìn)行二次重新分析，提供圖像處理（photoshop同樣的功能）和手自一體測試算法（可手動(dòng)、也有全自動(dòng)）。因而，數據的可追溯性更好、可溯源性更高、可靠度更高，更適合于企業(yè)品質(zhì)控制（不同測試人員的數據追溯）、學(xué)校研發(fā)（不同學(xué)生的數據可靠性分析，發(fā)表文章時(shí)加上擬合曲線(xiàn)后的圖像數據相比于僅僅源圖片更可靠）。

8、其他公司對比分析用測試軟件由第三方提供。測試數據僅對測試時(shí)的版本負責。由于軟件升級等造成測值結果可能的變化，可以通過(guò)下載相關(guān)源圖片后，進(jìn)行重新分析后作重新評估。

9、測試數據對比僅對測試分析用圖片負責，只是說(shuō)明某些算法在處理當前圖像時(shí)的適用性或表征的細節多少情況，同時(shí)也是用于評估算法的不同性能。這些對比并非用于終評估或確認特定軟件的優(yōu)劣之分，任何軟件均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本文并非對此作出評論。 

10、我們歡迎廣大用戶(hù)、友商的來(lái)圖、來(lái)樣對相關(guān)圖片進(jìn)行綜合分析，為您提供更適用的測試方案和更為接近實(shí)際值的測值結果。

（一）樣品305E：

1、圖片 1和2樣品不平整導致接觸水平線(xiàn)的查找遇到困難。

這種情況下需要重新調整樣品的水平傾斜角度。后面的圖片即為調整后的效果。

2、對于樣品水平線(xiàn)效果不好的圖片，各個(gè)軟件分析結果對比：

以上數據說(shuō)明

• SCA20的測試數據大，特別是針對這種平整度比較差的圖像的分析。
• DSA1.92在單側擬合效果明顯偏差的情況下的測值結果與實(shí)際結果接近，說(shuō)明擬合好的側的結果是可信的，而如果該樣品的右側結果如果與左側明顯不一致，即非軸對稱(chēng)時(shí)，其測值結果則不能用以表征該樣品的性能。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合算法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

（4）樣品平整度好的時(shí)候的測值結果

3、樣品平整度好，水平線(xiàn)比較清晰時(shí)的各個(gè)軟件對比數據

以上數據說(shuō)明

• DSA1.92在單側擬合效果明顯偏差的情況下的測值結果與實(shí)際結果接近，只能說(shuō)明擬合好的側的結果是可信的，而如果該樣品的右側結果如果與左側明顯不一致，即非軸對稱(chēng)時(shí)，其測值結果就不能用以表征該樣品的性能了。
• 橢圓擬合并不能用于測試接觸角值，因為該算法僅僅是簡(jiǎn)單的幾何量角尺的概念。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

同一張圖片采用橢圓擬合時(shí)，測值結果為140度

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

對于同一張圖片，采用橢圓擬合時(shí)，角度值左右分別為139.9和139.6度

（3）接觸角分析軟件 CAST3.0

ADSA－RealDrop法

橢圓擬合時(shí)，結果為140度，且明顯的橢圓擬合度在接觸點(diǎn)位置的輪廓重合度比較差。

（二）樣品51

1、第5張圖片開(kāi)始采用的圖像預處理功能。

可以明顯看到邊緣的清晰度提升了，但是也出現了一些噪點(diǎn)。第1張是沒(méi)有預處理的圖片，第2張是預處理的圖片，第3張是預處理過(guò)度的圖片。

需要說(shuō)明的是

①　3張圖片測點(diǎn)位置不同，所以，極可能測值結果也會(huì )不明。測值結果的可靠性取決于圖像邊緣與擬合曲線(xiàn)（綠色線(xiàn)）的重合度。重合度高，測值結果也更可靠。

②　適當的圖像預處理，可以提升分析測試接觸角的精度。對于布這樣的樣品，具有一定的提升作用。

（三）樣品A1

本測試樣品出現了明顯的左、右接觸角不致，即非軸對稱(chēng)性。對于此種情況下，各個(gè)分析軟件的擬合結果對比表如下：

通過(guò)如上數據可以明顯看出

• 橢圓法和切線(xiàn)法時(shí)能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無(wú)法得到非常的測值結果；
• 橢圓擬合無(wú)法用于測試此時(shí)的液滴圖像，測值結果明顯偏低。
• 軸對稱(chēng)擬合的Young-Laplace方程擬合算法可以測試得到近似的左側的接觸角值。但是如果非軸對稱(chēng)圖像時(shí)，右側接觸角變化在軸對稱(chēng)法時(shí)是無(wú)法測得的，因而，測值結果的更多細節只有ADSA-RealDrop算法更適合。
• 非軸對稱(chēng)的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質(zhì)，體現的細節更多。

（1）接觸角分析軟件 DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合時(shí)

切線(xiàn)法

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線(xiàn)法

（3）接觸角分析軟件CAST3.0

ADSA-RealDrop法

（四）樣品W1

本樣品也出現了明顯的非軸對稱(chēng)。對于非軸對稱(chēng)性的數據進(jìn)行再一次對比如下：

通過(guò)如上數據可以明顯看出

• 橢圓法和切線(xiàn)法時(shí)能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無(wú)法得到非常的測值結果；
• 橢圓擬合無(wú)法用于測試此時(shí)的液滴圖像，測值結果明顯偏低。
• 軸對稱(chēng)擬合的Young-Laplace方程擬合算法在測試時(shí)，由于頂點(diǎn)位置的確認、左右擬合線(xiàn)的采用等方面影響，在左、右接觸角明顯偏差較大時(shí)，左側的接觸角計算結果出現了一定的偏差。從擬合的曲線(xiàn)效果來(lái)看，擬合線(xiàn)在接觸點(diǎn)位置以上局部出現了往里收縮現象。
• 非軸稱(chēng)的Young-Laplace方程擬合法無(wú)法應對大偏差范圍的接觸角測值的應用，也無(wú)法實(shí)現更多的接觸角細節的表征。
• 非軸對稱(chēng)的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質(zhì)，體現的細節更多。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓

切線(xiàn)法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線(xiàn)法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

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