動態接觸角及接觸角滯后性的測量

1) 加液/減液法

就是在形成液滴后，再繼續以很低的速度往液滴加入液體，使其體積不斷增大。開始時，液滴與固體表面的接觸面積并不發生變化，但接觸角漸漸增大。當液滴的體積增大到某一臨街值時，液滴在固體表面的三相接觸線發生往外移動，而在發生移動前瞬間的接觸角，被稱為前進角。在此之后，接觸角基本保持不變。

反之如果從一形成的液滴不斷地以很低的速度把液體移走，使其體積減小。開始時，液滴與固體表面的接觸面積也并不發生變化，但接觸角漸漸減小。當液滴的體積減小到一定值時，液滴在固體表面的固/液/氣三相接觸線開始往里移動。在發生這一移動前夕的接觸角，就是后退角。在此之后，接觸角也應基本保持不變。

1） 加液/減液法測量前進/后退接觸角

在運用這一方法時，必須注意以下幾點：

• 體積變化的速度應足夠低，盡量保證液滴在整個過程有足夠的時間來松弛，使得測量能在準平衡下進行。

• 由于這一過程中一般都有針頭/毛細管的卷入以加入/移走液體，針頭/毛細管的直徑一定要（與液滴相比）足夠小，使液體在針管/毛細管外壁上的潤濕不會對液滴在固體表面的接觸角產生影響。這一點尤其是對后退角的測量更為突出，否則測得的值將嚴重偏離真實值。

• 同樣由于過程中針頭/毛細管的卷入，使得液滴一般不再呈現中心軸對稱，也不再能被看作是圓或橢圓的一部分，所以基于Young-Laplace或圓或橢圓方程式的計算方法都將遇到困難，帶來較大誤差。此時一般使用廣義切線法，但此方法往往對少量的背景噪音較敏感。我們最新開發的TrueDrop?法則可為計算此類液滴提供最佳的選擇。

2) 傾斜板（tilting plate）法

將一足夠大體積的液滴置于待測的樣品表面后，把樣品表面朝一方緩慢、不斷地傾斜。當開始時液滴不發生移動，而只是其中的液體由后方向前方轉移，使得前方的接觸角不斷增大，而后方的不斷縮小。當傾斜到一定角度時，液滴開始發生滑動。發生滑動前夕液滴的前角就是前進角，后角則為后退角。

2） 傾斜板（tilting plate）測量前進/后退/起始滾動角

傾斜板法有二種實現方法：

• 整體傾斜法：將整套測量儀置于搖籃狀的傾斜架上，讓包括攝像機，光學鏡頭，樣品臺，樣品和光源等組件的整套儀器同時傾斜。這種構造和操作的主要優點在于：液滴相對于攝像機和光學鏡頭在整個過程中保持相對不傾斜，這樣軟件開發上就不必特殊處理，計算比較容易。 而其缺點也很為明顯：儀器越大、樣品越大/越重，所需要的傾斜架也越大，顯得很笨重；由于儀器上的所有東西都跟著一起傾斜，使得有些液體會倒出來，同時使得在傾斜作態無法加液產生液滴，也即液滴必須在傾斜前已經被置于樣品表面。

• 局部傾斜法：只傾斜樣品臺和其上面的樣品包括可能已放置上去的液滴，其它的所有部件均不傾向，保持不動。 這樣做法的優點顯而易見，可以避免上面提到的所有缺點，使得儀器精巧，硬件制造成本降低，也能容許在任何傾斜角度下加液形成新液滴，或往已經形成的液滴加入液體。但其也對軟件的開發提出了新的挑戰，增加了不少難度和復雜性。 DropMeter?提供的局部傾斜法，包括手動傾斜臺和電腦控制的全自動傾斜臺。但不管是哪一類，DropMeter?所帶的軟件處理起來都很方便。且我們引入了獨一無二的計算方法TrueDrop?，可以完美地對付各種形狀的液滴，包括處于傾斜下的極度不對稱的液滴，計算接觸角的精度比普通方法大為提高（見右圖3）。這使得我們不但可用此方法來更好地處理傾斜板法的液滴，也為處理加液/減液法下的液滴提供了一高可靠性的新方法。 3） 獨特的計算方法保證傾斜板法角度測量的高精度3a) 原液滴圖像3b) 普通/傳統計算方法3c) DropMeter?獨特計算方法注意：市場上有不少儀器提供這種局部傾斜法的硬件，但多數都沒有相應軟件的支持。這并不能為用戶帶來多大好處，也無法完成上面提到的大多數功能。

使用傾斜臺測量接觸角,主要可以測量前進角和后退角外，還可進行下的測量：

• 某一傾斜角度時的兩側接觸角的差別，及這一差別隨傾斜角的變化；

• 某一傾斜角度時的液滴的起始滾動/滑動體積；

• 某一特定體積的液滴的起始滾動/滑動傾斜角度（roll-off angle）；

• 從液滴的前進接觸角和后退接觸角可以推算出相應的近似楊氏（Young）接觸角。

以上的測量對許多潤濕/傳質過程都很重要。在實際應用中，不但要知道接觸角的大小，也必須知道前進接觸角和后退接觸角以及二者的差別；在許多實際情況下，表面往往是傾斜的，所以在傾斜的情況下考察接觸角的特性行為也就顯得再自然不過，得到的結果也能更好地反映實際情況。對于某些液體的超疏水性特性，只有知道了前進接觸角和后退接觸角以及液滴的起始滾動傾斜角度才能較完整地表征。

下圖是傾斜時液滴的前角（紅點）和前三相接觸點（藍點）隨傾向角(橫坐標)的變化。從前三相接觸點在發生滑動瞬間的居然變化可以很明顯地確定前進角及起始滑動角。