超疏水表面材料中疏水性检测方案(接触角测量仪)

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[Progress Together] 本文讲述了 Biolin 光学接触角分析仪 Theta 如何用于超疏水表面上的前进角和后退角测量。 简介 通常将与水的接触角大于150°并且表面稍有倾斜，水滴就容易滑落的表面称为超疏水表面。超疏水表面可用于包括自清洁和不润湿涂料和面料上，还有用于防雾、防结冰和减阻涂料上。 创建一个超疏水表面，两个因素是必需的。首先，表面必须在微米和纳米级有合适的粗糙度。第二，表面必须做疏水表面化学处理。自然界中一个很有名的超疏水模型是荷花叶子，具有许多10微米的由疏水性蜡晶体形成的纳米级凸起物。这种结合导致荷叶表面与水接触角约为160°，并且使液滴在小于5°就开始滚动。水滴快速地运动表明接触角的滞后作用，即前进角和后退角之间的区别较小。 只有在接触角滞后微不足道时，表面的润湿性能才可以由一个静态接触角来表征，即通过光学法测量液滴和表面的接触角。。-一般对于粗糙表面，需要测量动态的接触即前进角和后退角，因为静态接触角只能得到前进角和后退角之间的任何值。理论上，动态接触角可以通过改变液滴体积或倾斜液滴或通过使用 Wilhelmy 板力学表面张力测量。本文描述了通过改变超疏水表面上液滴的体积测量动态接触角，如图1所所。 图1：动态接触角测量的原理 微流控技术是研究微流体应用流体学行为，该领域正在逐渐成长。微流控技术的应用领域从分析和诊断微晶片到微流控燃料电池。水性液体通过集成超疏水区域或超疏水轨道可以在这些设备上操作。Mertaniemi 等人证明这样的轨道可以使水滴在微流控设备内快速、简单地运输。 通过金属板上铣削或激光切割和在硅片上离子蚀刻得到超疏水轨轨。金属表面通过使用银微观结构和氟化硫醇表面活性剂涂敷，而硅片被涂上一层含氟聚合物的 CF3 等离子体。图2显示了水滴在超疏水轨道中。 图2：水滴在超疏水轨道中 Theta 光学接触角分析仪用于表征超疏水铜表面的润湿特性。在表面上五个不同位置的测量数据如图 3所示。 图3：超疏水铜表面的动态接触角 首先，在表面上滴1ul水滴，针头降低使得针尖到达滴液高度的一半。液滴的体积以 0.05ul/s束速度慢慢加到2ul。为了减小滞后效应，停止滴液 30s后开始接触角测量。 为了测量前进接触角，液滴以 0.05 ul/s 速度从2ul到10ul， 相机速度 0.6帧/s记录图像。接下来，液滴体积增加到 15 ul 然后减少到11 ul。在这之后，液滴体积再缓慢下降到 10 ul。为了降低滞后效应，停止吸液 30s后测量后退角。 开始时滴液10微升，通过以0.05微升每秒减少水体积测量后退角。以0.6帧每秒的速度拍照直到失去与表面的接触。 后退角通过 0.05 ul/s的速度回吸液体，从10ul开始，拍摄速度0.6桢/s直到液滴从表面消失。 用于制备超疏水轨道的不同材料与水的接触角如表1所示。锌和铜的表面接触角值相似，因为两个表面都使用相同方法涂装。但是，可观察到锌表面后退角更大的变化表明涂层有一些缺陷。硅表面的接触角滞后很小在需要水滴在一个表面上作快速流动的应用领域效果不错。 Material Advancing contact Receding contact angle angle Copper 166±2° 164±2° Zinc 168±2° 166±4° Silicon 170±2° 170±2° 表1：不同超疏水表面上6ul水滴的动态接触角 结论 超疏水表面即表面接触角大于150°和一个接触角滞后效应很小，可考虑用于特殊的润湿性领域。如果表面略有倾斜，水滴很容易从表面滑掉。为获得超疏水表面，需要在表面化学处理的基础上，具有一定的粗糙度。超疏水表面的润湿特性通过使用光学接触角分析仪测量动态接触角来表征。 大昌华嘉商业(中国)有限公司 服务电话：4008210778 邮箱地址：ins.cn@dksh.com 大昌华嘉网站： www.dksh-instrument.cn 瑞典百欧林科技有限公司是一家先进科研仪器生产商，在北欧的瑞典，丹麦和芬兰都有主要产品的研发和生产基地。我们为用户提供高科技、高精度的科研设备，可用于表界面、材料科学、生物科学、药物开发与诊断等研究领域。