接觸角測量?jì)x應用實(shí)例：狗尾草3D接觸角測量以及超疏水材料表面的異構性

由于材料本身確證存在的化學(xué)多樣性、表面粗糙度以及異構性的存在，事實(shí)上，98%以上的材料均存在各個(gè)視角條件下的接觸角左、右的非軸對稱(chēng)性。而此時(shí)，測試接觸角的為有效的方法包括兩種：

1、測試各視角條件下的不同的接觸角變化。我們稱(chēng)為3D接觸角測量。這是表征材料如上性質(zhì)影響的的方法。

2、測試基于前進(jìn)、后退角情況下的修正表面粗糙度、化學(xué)多樣性后的本征接觸角值。提醒注意的是，我們此處提及的是多個(gè)影響的綜合修正而非簡(jiǎn)單到輸入一個(gè)表面粗糙度值即認為可以得到本征接觸角值。

我們對狗尾草進(jìn)行了不同角度條件下的3D接觸角測量。結果如下所示：

1、在與鏡頭水平方向時(shí)狗尾草的接觸角值情況如下所示：

2、與鏡頭方向垂直時(shí)，狗尾草的接觸角變化情況如下所示?？梢悦黠@地看到圖像中狗尾草的表面的絨毛。

從如上兩組圖片我們可以得出初步的結論，即狗尾草沿表面的紋路向觀(guān)測時(shí)是超疏水角度值，而垂直與葉片紋路結構時(shí)是普通疏水角度值。

當然，如狗尾草和水稻、竹葉等有明顯的經(jīng)、緯區別的紋路的樣品表面有時(shí)比較容易區別開(kāi)方向，對于硅片、晶圓等材料有時(shí)很難以區別方向，因而此時(shí)的測值具有明顯的偶發(fā)性，即某視角條件下極可能滿(mǎn)足要求，而換個(gè)視角時(shí)，可以接觸角值卻是不滿(mǎn)足要求的。因而，測試不同視角條件下的3D接觸角是我們的必然，也是應有之選。

更進(jìn)一步地，我們對于沿紋路方向（超疏水方向）的前進(jìn)、后退角進(jìn)行了進(jìn)一步測量，滾動(dòng)角的角度值為12度?；诨瘜W(xué)多樣性、粗糙度修正后的本征接觸角值為143.3609度。相關(guān)圖譜如下所示：

同一張圖片的原圖如下所示：

對于如上圖片采用不同的測量算法，進(jìn)行測值，結果對比如下：

1、Young-Laplace方程擬合：可以明顯看到擬合的輪廓線(xiàn)與液滴邊緣不重全。測值失敗。

2、橢圓擬合法：也可以非常明顯看到無(wú)論是左側還是右側均沒(méi)有實(shí)現輪廓線(xiàn)與擬合線(xiàn)的重合。

3、切線(xiàn)法：分析角度值分別為158.4和143.2度。與阿莎算法測得的167.36和138.27存在不小的差距。測值數據的可信度比較低。

綜合而言，Young-Laplace方程擬合法由于其軸對稱(chēng)的假設與測試要求，因而，在具體的存在化學(xué)多樣性、表面粗糙度和異構性的條件下時(shí)，通常而言測值結果的可靠性低于阿莎算法。

橢圓擬合和切線(xiàn)法等幾何量角器的量角法，由于其缺乏界面化學(xué)科學(xué)性支撐，測值結果的可信度一般。在實(shí)際應用中也無(wú)法適用很多具體實(shí)際的應用場(chǎng)合。

而正是這樣的對比測值很明顯的體現了阿莎算法的性。在無(wú)法避免化學(xué)多樣性、異構性以及表面精糙度的情況下，非軸對稱(chēng)的真實(shí)液滴條件下的ADSA-RealDrop算法（阿莎算法）才是真正全才性算法，依托界面化學(xué)的基礎公式也是核心的Young-Laplace方程，進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而測試3D接觸角和本征接觸角，為本征材料的接觸角值以及物理化學(xué)性質(zhì)提供了強大的工具。