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接触角仪几何算法及圆法、椭圆法优缺点

2018-10-29 浏览次数:50

   接触角仪几何算法及圆法、椭圆法优缺点:
  几何算法采用一条直线倾斜并判断其是否相切于液滴轮廓的方式分析接触角值。而宽高法则假设液滴轮廓符合一个圆弧曲线,即假设液滴为球冠的一部分。因而,宽高法有时也被称为小球完法。此时,通过圆弧的宽与高,并采用反三角函数计算出接触角值。
  几何算法优势在于:
  (1)被发现并使用的时间长;
  (2)测试不需要复杂的仪器,人眼观测即可。
  (3)采用软件全自动测试时,速度快。
  几何算法缺陷包括:
  (1)测值误差大,重复性不好,精度不高,量角器法通常为2度甚至更高,宽高法时为1度左右;
  (2)易受噪声点影响,特别是采用宽高法自动分析时,背景的噪声会明显影响到测值结果;
  (3)受人为因素影响较大,特别是量角器法,每个人的判断依据均不同,因而无法形成一个可接受的共识结果。而宽高法在像素的选择时,因判断像素点少,精度很难达到很高;
  (4)受液滴体积的影响。因其小球冠的前提假设,大液滴明显存在重力影响,测值结果存在偏差。还有一个不被重视的情况为,在接触角大于80度或超疏水材料(150度以上)时,事实上小液滴(2uL或1uL),液滴形状也因重力而改变。
  2、圆法、椭圆法:具体测试过程为:拍摄液滴轮廓图像,采用图像识别技术拟合图像的边缘,提取边缘曲线的坐标,将坐标曲线与曲线方程进行最小二乘拟合,从而得到最终的方程曲线。在得到曲线方程后,在接触的两端点处求导并进而得到接触角值。
  圆法、椭圆法算法的优点:
  易被理解和接受。本系列算法涉及的专业知识有限,只涉及简单的几何以及高数知识,所以,易于被使用者所理解;
  测试精度较高,通常而言,在控制液滴量的情况下,且拟合曲线与轮廓曲线重合度高时,精度可达0.5°(圆拟合或椭圆拟合);
  圆拟合法以及椭圆拟合法不易受背景噪声点影响,自动拟合的成功率较高。特别是圆拟合法,在5度以内的接触角测试时。
  圆法、椭圆法算法的缺点:
  受液滴大小或重力影响较大,特别是圆拟合法;
  椭圆拟合法拟合10度以内接触角值以及特殊情况下的接触角值(如150度以上超疏水材料的接触角值等,此时的重力影响已经影响到轮廓,特别是中心线以下的轮廓与以上部分不再对称时);
  无法真实表征界面化学现象,如化学多样性、重力的体现、界面化学的三明治效应等;
  无法拟合非轴对称图像,除椭圆能够拟合部分非轴对称的图像以及切线法外。
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