接觸角測量儀應(yīng)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(gòu)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(gòu)性的存在，事實(shí)上，98%以上的材料均存在各個視角條件下的接觸角左、右的非軸對稱性。而此時，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影響的綜合修正而非簡單到輸入一個表面粗糙度值即認(rèn)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(jié)果如下所示：

1、在與鏡頭水平方向時狗尾草的接觸角值情況如下所示：

2、與鏡頭方向垂直時，狗尾草的接觸角變化情況如下所示。可以明顯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(jié)論，即狗尾草沿表面的紋路向觀測時是超疏水角度值，而垂直與葉片紋路結(jié)構(gòu)時是普通疏水角度值。

當(dāng)然，如狗尾草和水稻、竹葉等有明顯的經(jīng)、緯區(qū)別的紋路的樣品表面有時比較容易區(qū)別開方向，對于硅片、晶圓等材料有時很難以區(qū)別方向，因而此時的測值具有明顯的偶發(fā)性，即某視角條件下極可能滿足要求，而換個視角時，可以接觸角值卻是不滿足要求的。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(yīng)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，滾動角的角度值為12度。基于化學(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(jié)果對比如下：

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

2、橢圓擬合法：也可以非常明顯看到無論是左側(cè)還是右側(cè)均沒有實(shí)現(xiàn)輪廓線與擬合線的重合。

3、切線法：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(shù)據(jù)的可信度比較低。

綜合而言，Young-Laplace方程擬合法由于其軸對稱的假設(shè)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(gòu)性的條件下時，通常而言測值結(jié)果的可靠性低于阿莎算法。

橢圓擬合和切線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(jié)果的可信度一般。在實(shí)際應(yīng)用中也無法適用很多具體實(shí)際的應(yīng)用場合。

而正是這樣的對比測值很明顯的體現(xiàn)了阿莎算法的性。在無法避免化學(xué)多樣性、異構(gòu)性以及表面精糙度的情況下，非軸對稱的真實(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(chǔ)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(qiáng)大的工具。