本发明专利技术提供一种3D接触角测量装置和测量方法，3D接触角测量装置具体包括：样品台，用于放置待测的固体样品；滴液部，向固体样品的表面滴加待测液体，形成液滴；光学干涉部，用于对位于样品台上的固体样品和液滴进行扫描，并获取扫描后形成的干涉图样信息；角度调节部，用于调节光学干涉部相对于样品台的扫描角度；以及图像处理部，与光学干涉部通信相连，基于干涉图样信息生成3D形貌图像，直观地显示液‑固界面360°接触角情况。本发明专利技术所提供的3D接触角测量装置和测量方法操作简单、测量精确，能够得到360°的液滴在固体表面的3D形貌图像，进而展示出各个方向上的接触角情况。
【技术实现步骤摘要】
3D接触角测量装置和测量方法
本专利技术属于界面分析测试
，具体涉及一种3D(三维)接触角测量装置和测量方法。
技术介绍
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，用来度量液体在固体表面的润湿程度。如果接触角θ＜90°，则称固体表面亲水，即液体容易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好，固体表面越亲水；如果接触角θ＞90°，则称固体表面疏水，即液体不容易润湿固体，其角越大，表示润湿性越差，液体越不容易润湿固体。接触角的大小常用来反映液体对固体的浸润程度，对于科学研究和工业生产都具有很高的借鉴意义。但是，由于材料的表面结构以及化学组分不均匀等原因，往往会导致接触角在材料表面形成滞后，形成非轴对称液滴，体现为不同方向的接触角不一致甚至差异很大。现有接触角测量仪测量液滴在固体表面接触角的方法是从液滴侧面观察液滴投影轮廓，再利用软件分析液滴投影轮廓，从而得到接触角。由于投影技术本身的特点，除非完美的表面和完美的球形水滴，得到都是一定范围内角度的平均值。另外，由于材料表面组分或结构的不均匀性，从不同角度观察到的液滴轮廓往往不一致，导致从不同角度测量得到的接触角差异很大，测量结果不能真实反应液滴在固体表面的润湿状态。即使从多个角度检测，得到的接触角结果依然不够全面，不够精确，无法真实体现液体在固体表面的浸润性。目前为止，虽然有一些方法可以测量液滴不同方向的接触角，但是这些方法或者装置复杂，且要求样品表面非常平整，样品的放置必须与光路成完美平行状态，或者只能测量小体积的液滴，仍存在一定的缺陷。因此，如何提供一种操作简单，同时又能精确测量液滴的3D接触角的新型接触角测量装置，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种3D接触角测量装置和测量方法，操作简单、测量精确，并且能够得到360°的液滴在固体表面的3D形貌图像，进而展示出各个方向上的接触角情况。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<装置>本专利技术提供一种3D接触角测量装置，其特征在于，包括：样品台，用于放置待测的固体样品；滴液部，向固体样品的表面滴加待测液体，形成液滴；光学干涉部，用于对位于样品台上的固体样品和液滴进行扫描，并获取扫描后形成的干涉图样信息；角度调节部，用于调节光学干涉部相对于样品台的扫描角度；以及图像处理部，与光学干涉部通信相连，基于干涉图样信息生成3D形貌图像，直观地显示液-固界面360°接触角情况。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有这样的特征：光学干涉部包括：光源、干涉物镜和电荷耦合元件，光源发出的光进入干涉物镜，经干涉物镜的分光面分成两束，一束光线透过干涉物镜的分光面到达被测面，经被测面反射后返回，另一部分光线反射到干涉物镜的参考反射面，经参考反射面反射后返回，两束反射光线重合并发生干涉，进入电荷耦合元件，产生干涉图样。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有：移动部，与样品台相连，用于带动样品台沿着左右方向X、前后方向Y、上下方向Z运动和进行旋转运动。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有：控制部，与滴液部、光学干涉部、角度调节部、图像处理部和移动部均通信相连，并且控制滴液部、光学干涉部、角度调节部、图像处理部和移动部的运行，在固体样品表面亲水的情况下，控制部控制角度调节部调节扫描角度为0°，使光学干涉部从上向下对样品台上的待测物进行扫描，得到干涉图样信息，接着控制图像处理部基于干涉图样信息生成3D形貌图像；在固体样品表面疏水的情况下，控制部控制角度调节部调节扫描角度为大于0°，使光学干涉部对样品台上待测物的一侧面进行扫描，然后再控制移动部旋转样品台180°，并控制光学干涉部对该待测物的另一侧面也进行扫描，得到干涉图样信息，接着控制图像处理部基于干涉图样信息生成3D形貌图像。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有这样的特征：在固体样品表面亲水的情况下，控制部还控制角度调节部调节扫描角度为大于0°，并控制移动部适时旋转样品台，使光学干涉部对待测物的两个对侧面也进行扫描；在固体样品表面疏水的情况下，控制部控制角度调节部调节为多组扫描角度，并在每组扫描角度情况下均控制移动部适时旋转样品台，使光学干涉部对各组夹角情况下待测物的两个对侧面都分别进行扫描。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有这样的特征：在固体样品表面疏水的情况下，多组扫描角度分别为30°、60°和90°。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量装置还可以具有这样的特征：控制部控制光学干涉部先对固体样品进行扫描，然后再按照表面亲、疏水情况对液滴进行扫描，并控制图像处理部生成固体样品表面的3D形貌图像和形成在固体样品表面上的液滴的3D形貌图像。<方法>本专利技术提供一种3D接触角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：固样放置步骤.将待测的固体样品固定放置在样品台上；液样滴加步骤.移动样品台至滴液部下方，通过滴液部将一定体积待测液滴加到固体样品的表面；干涉扫描步骤.将样品台移动至光学干涉部下方，采用角度调节部调节光学干涉部相对于样品台的扫描角度，通过光学干涉部对样品台上的待测物进行扫描；3D形貌图像生成步骤.待扫描完成后，采用图像处理部对干涉图样信息进行处理，得到液滴和固体样品的3D形貌图像，直观地显示液-固界面360°接触角情况，其中，对于疏水样品，通过角度调节部将光学干涉部调成相对于样品台的中心线呈大于0°的角度，扫描待测物的侧面得到一组干涉图样信息，然后再对待测物另一侧面进行扫描得到另一组干涉图样信息。优选地，本专利技术所涉及的3D接触角测量方法还可以具有这样的特征：采用光学干涉部先对固体样品进行扫描，然后再按照表面亲、疏水情况对液滴进行扫描，并通过图像处理部生成固体样品表面的3D形貌图像和形成在固体样品表面上的液滴的3D形貌图像。专利技术的作用与效果根据本专利技术所提供的3D接触角测量装置和测量方法，可以快速精确得到液滴在固体表面的3D形态(三维形貌)图像，基于3D形态图像可以得到液滴在固体表面各个方向(360°)上的接触角信息，因而实现了对液滴全方位接触角的定量表征，真实体现液体在固体表面的浸润性；并且，本装置对样品表面平整度以及水平度要求非常低，对液滴体积限制性小，极大地促进了对固液界面润湿行为及机理的研究，为设计制备具有不同润湿能力的结构材料提供了重要的参考，有望在自清洁、抗结冰、抗粘附以及液滴的定向传输等方面提供重要的作用。附图说明图1是本专利技术实施例中涉及的3D接触角测量装置的结构示意图一(扫描角度为0°)；图2是本专利技术实施例中涉及的3D接触角测量装置的结构示意图二(扫描角度为30°)；图3是不同方向观测到的接触角示意图。图中各标号含义为：10-3D接触角测量装置，11-样品台，12-滴液部，121-进样器，122-升降调节机构，13本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D接触角测量装置，其特征在于，包括：/n样品台，用于放置待测的固体样品；/n滴液部，向所述固体样品的表面滴加待测液体，形成液滴；/n光学干涉部，用于对位于所述样品台上的所述固体样品和所述液滴进行扫描，并获取扫描后形成的干涉图样信息；/n角度调节部，用于调节所述光学干涉部相对于所述样品台的扫描角度；以及/n图像处理部，与所述光学干涉部通信相连，基于所述干涉图样信息生成3D形貌图像，直观地显示液-固界面360°接触角情况。/n
【技术特征摘要】
1.一种3D接触角测量装置，其特征在于，包括：
样品台，用于放置待测的固体样品；
滴液部，向所述固体样品的表面滴加待测液体，形成液滴；
光学干涉部，用于对位于所述样品台上的所述固体样品和所述液滴进行扫描，并获取扫描后形成的干涉图样信息；
角度调节部，用于调节所述光学干涉部相对于所述样品台的扫描角度；以及
图像处理部，与所述光学干涉部通信相连，基于所述干涉图样信息生成3D形貌图像，直观地显示液-固界面360°接触角情况。
2.根据权利要求1所述的3D接触角测量装置，其特征在于：
其中，所述光学干涉部包括：光源、干涉物镜和电荷耦合元件，
所述光源发出的光进入所述干涉物镜，经所述干涉物镜的分光面分成两束，一束光线透过所述干涉物镜的分光面到达被测面，经被测面反射后返回，另一部分光线反射到所述干涉物镜的参考反射面，经参考反射面反射后返回，两束反射光线重合并发生干涉，进入所述电荷耦合元件，产生干涉图样。
3.根据权利要求1所述的3D接触角测量装置，其特征在于：
其中，所述角度调节部的调节范围至少为0°～90°。
4.根据权利要求1所述的3D接触角测量装置，其特征在于，还包括：
移动部，与所述样品台相连，用于带动所述样品台沿着左右方向X、前后方向Y、上下方向Z运动和进行旋转运动。
5.根据权利要求4所述的3D接触角测量装置，其特征在于，还包括：
控制部，与所述滴液部、所述光学干涉部、所述角度调节部、所述图像处理部和所述移动部均通信相连，并且控制所述滴液部、所述光学干涉部、所述角度调节部、所述图像处理部和所述移动部的运行，
在所述固体样品表面亲水的情况下，所述控制部控制所述角度调节部调节所述扫描角度为0°，使所述光学干涉部从上向下对所述样品台上的待测物进行扫描，得到干涉图样信息，接着控制所述图像处理部基于所述干涉图样信息生成所述3D形貌图像；
在所述固体样品表面疏水的情况下，所述控制部控制所述角度调节部调节所述扫描角度为大于0°，使所述光学干涉部对所述样品台上待测物的一侧面进行扫描，然后再控制所述移动部旋转所述样品台180°，并控制光学干涉部对该待测物的另一侧面也进行扫描，得到干涉图样信息，接着控制所述图像处理部基于所述干涉图样信息生成所述3D形...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛龙建，石奎，李利军，李倩，谭迪，张国栋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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