簡述接觸角測量儀及水滴角測量儀的缺陷、Z基本設計理念及核心技術。

一、接觸角測量儀或水滴角測量儀與數碼量角器的誤區。

接觸角測量儀是指采用界面化學原理中Young-Laplace方程及其變體，采用液體作為探針物體，采用光學攝像的原理對固體材料進行物理化學性質進行分析的分析儀器，分析的終結果以接觸角、表面自由能、粘附功等數值呈現。區別于普通的數碼量角器的簡單的圓擬合、橢圓擬合或切線法等幾何算法的光學測量儀器的是，接觸角測量儀具有非常顯著的基礎，即通過分析液滴輪廓并擬合至Young-Laplace方程曲線，終分析得到接觸角值。因而，普通的數碼量角器僅僅是量測幾何意義上的輪廓的切線夾角角度，不考慮界面化學性質以及重力影響等顯然存在的因素，因而具有測值理論參考依據不足、測值重復性差、精度差等明顯的缺陷。事實上，商業化的低價的所謂的“接觸角測量儀”廠商目前均以數碼量角器為主，而不是根本意義上的接觸角分析與測量。在中國日益重視核心技術，重視創造性的研發精神的當下，數碼量角器所得到的數據的科學依據不強時，其數據的可參考性不足，也將非常明顯的影響著終的研發成果的成功。

而水滴角測量儀則特指采用蒸餾水或超純水作為探針液體，用以評估固體的物理化學性質（接觸角、表面自由能、粘附功）的分析測量儀器。同樣地，水滴角測量儀也依據界面化學的性質并對固體進行清潔度、粗糙度、表面張力、粘附力、氫鍵力、色散力、極性力等進行綜合評估。顯然，與普通的圓擬合或橢圓擬合的數碼量角器也存在明顯的區別。

很多用戶在選購接觸角測量儀或水滴角測量儀時，通常的*認識或先入為主的認為，我們僅僅是想簡單的測試一下接觸角值而已。對于整體預算通常2-4萬元甚至更低。對于此，我們的建議是：（1）對于要求不高的用戶或使用者而言，我們建議采購上海梭倫入門級的接觸角測量儀，SL250系列或SL150系列水滴角測量儀。該系列儀器擁有區別于數碼量角器的真正接觸角測量儀的阿莎算法、樣品臺面和鏡頭各自獨立微分頭控制水平調整機構、紅寶石球校準工具（一年校準一次）以及彩色高速攝像機；（2）對于真正只是想測試幾個數據的用戶，我們建議借用我們的儀器即可。我們不建議用戶盲目的采用數碼量角器，雖然便宜，但是，數據的可信度、精度在基本的科學依據都沒有的時候，我們認為沒有必要再次化時間成本去幫這些數碼量角器作一些驗證性的評估。終結果一定是再次驗證了數碼量角器真的不能應用于“接觸角”這樣的分析，兩種儀器還是有本質區別的。所以，在明顯科學理論就已經確認了數碼量角器的測值所*，我們還是尊重科學，采用哪怕簡單的基于Young-Laplace方程的接觸角測量儀也遠好于數碼量角器。

二、接觸角測量儀或水滴角測量儀設計的以來的大誤認：我們真的很難找到固體材料可以實現軸對稱的液滴輪廓的。

自1943年Zisman團隊提出量角器測試接觸角的概念以來，直至20世紀80年代A.W.Neumann教授團隊提出奠定了現代接觸角測量的Young-Laplace方程擬合算法以來，所有的理論假設均是接觸角測量時，液滴形態是軸對稱的。但是，事實上的情況卻是，由于：

（1）表面粗糙度；（2）化學多樣性；（3）異構性等因素

在存在，幾乎沒有一個固體樣品的表面是呈現各個視角條件下是軸對稱的。這就像很難存在光滑的表面一樣。如下所示：

如下面一系列的示例圖片所示，在采用頂視視角條件下拍攝下來的液滴圖片中，很少能夠形成正圓形的圖片。

從如上一系列頂視法的接觸角測量圖譜中可以很明確的看出：

1、從材料本身來講，很難找到表面不存在粗糙度、化學多樣性或異構性的樣品。而正是由于這些因素的影響，很難出現接觸角液滴從頂視時呈現正圓的圖像。

2、3D接觸角測量是表征材料物理化學性質的方法。而3D接觸角的基本的要求是能夠分析接觸角值的左、右區別。

3、通過阿莎算法（ADSA－RealDrop）對于左、右角度值的評估，可以判斷材料本身的接觸角滯后現象或3D接觸角現象。

4、樣品臺或樣品上表面的傾斜情況同樣會影響液滴左、右角度值的變化。因而，從硬件要求來講，樣品臺面獨立調整水平的要求度會非常高，而不能夠僅僅通過簡單的四腳調整水平功能實現樣品臺面的調整，這個是不講科學的做法。

5、頂視法（ADSA－D）的應用局限性在于無法采用哪個位置的直徑或相關參數估算出邊界條件中的體積值，因而，常規的平均體積法原則或小二乘后體積估算原則在分析ADSA－D算法的接觸角值時存在一定的缺陷。ADSA－D是理想條件下的接觸角分析。與常規的Young-Laplace方程擬合法（軸對稱或ADSA－P）一樣，無法作為現代接觸角算法來對待。

6、從目前為止來講，鏡頭俯視以樣品臺面的傾斜均會明顯影響接觸角分析結果6－9%甚至更高。而二維條件的玻璃校準板無法檢測出3D狀態下的接觸角測量儀器的性，同時，大部分接觸角測量儀即使采用了3D紅寶石球工具校準儀器，但由于缺少如上4所提及的樣品臺面以及鏡頭各自獨立的微分頭控制二維水平調整結構，因而，這些儀器是根本無法校準。只能是加工成什么精度就是什么精度，且這個精度無從考評，無法其他什么。

綜合如上，我們的結論很明顯，上海梭倫的接觸角測量儀，嚴格遵循界面化學領域接觸角分析的非軸對稱接觸角原理提出了阿莎算法，并基于阿莎算法，提出的側視和頂視不同的分析方法，并將測試接觸角的成像歸為采用側視為主。進而，我們提出了一套包括樣品臺面和鏡頭微分頭二維控制的高精度調整結構、彩色高速攝像機、紅寶石檢定工具等等硬件結構的基本的解決方案。這個方案是目前為止比較科學、合理、的測量接觸角，甚至是3D接觸角的方案。

三、阿莎算法（ADSA-RealDrop）以及依據阿莎算法核心理念設計的接觸角測量儀，甚至3D接觸角測量儀，才是真正的體現

阿莎算法的之處在于非軸對稱分析技術，在于提升了側視條件下分析接觸角測量的精度，應用范圍，數據可靠性等。因而，對于真正意義的的接觸角測量儀或水滴角測量儀，可能的要求必須包括：

1、樣品臺面及鏡頭各自獨立的微分頭控制結構；

2、彩色攝像機；

3、遮光板以及UV過濾；

4、紅寶石球3D接觸角測量儀校準工具。

在預算足夠的情況下，選購3D接觸角鏡頭或3D接觸角分析模塊。

當然，所有的一切應在阿莎算法為基礎。阿莎算法對于接觸角測量儀或水滴角測量儀而言是本，而其他的均是接觸角測量的末，不能本末倒置。

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