[发明专利]一种憎水性时静态接触角检测方法

说明书

技术领域

本发明属于材料性能测试技术领域，尤其涉及一种憎水性时静态接触角检测方法。

背景技术

材料的表面能是表征材料性能的一个重要参数，表面能低的材料具有憎水性强的特点，在船舶防污、电力系统防污闪、防覆冰材料等方面都有着广泛的应用。表面能是这些材料的关键特性，可以通过测量接触角来获得材料的表面能。因此，准确测量接触角具有广泛的意义。

目前常用座滴法测量静态接触角，通过接触角检测系统获得液滴图像后关键部分就是接触角的算法，主要有切线法、量角法、量高法、圆和椭圆拟合算法、θ/2法、多项式和样条拟合法、ADSA-P算法等。切线法通过量角器直接测量水珠在三重线处的切线，目前也常将水珠图像存储为电子图像后通过手动画切线然后根据半角公式计算获得接触角。由于三重线及附近常较为模糊，而且肉眼对切线的分辨能力也不高，该算法也未能有效利用除三重线附近外水珠边缘信息，导致其误差和分散性稍大。假设水珠为一球冠，量角法通过将等腰直角三角形平移和旋转获得旋转过的角度进而获得接触角。量高法考虑水滴为一个球冠，成像后水珠图像边缘为圆的一部分，根据球冠的高和球冠底端圆的直径通过计算即可获得接触角。θ/2法也是假设水珠边缘为圆形时计算接触角的一种方法。当水珠体积在6μL以下时水珠近似为球冠，这些方法误差较小，但随着水珠体积的增加水滴逐渐偏离球冠，算法误差增加。(多项式和样条)拟合法选择水珠三重线附近的一些关键点，然后基于某种表达式进行拟合，获得曲线后根据三重线处的切线即可获得接触角。对不同憎水性情况下接触角测量进行了研究，发现基于圆与椭圆拟合算法的组合有不错的效果。但假设水珠边缘为圆或椭圆的一部分仅仅是对水珠边缘的一种近似，随着接触角和水珠体积的增加，图像上的水珠边缘逐渐偏离圆和椭圆，用圆和椭圆拟合算法的误差逐渐增大。ADSA-P(axisymmetric drop shape analysis-profile)算法根据Young-Laplace方程推导获得水珠边缘满足的关系，然后针对获得的水珠边缘点获得方程参数进而获得接触角。ADSA-P算法原理相对复杂、计算量较大、受图像清晰度、偏转等因素影响大，但该算法理论上对水珠体积没有要求，能很好利用水珠边缘信息，具有自己的优点。处于憎水性状态时不同材料的静态接触角差别很大，可在90°～180°范围内变化，而实际测量时所用水珠体积可能在较大范围内变化，甚至可大至100μL。通常使用的切线法、圆拟合算法、θ/2法、量角法、量高法、多项式和样条拟合法、椭圆拟合算法和ADSA-P算法中任选一个算法均不能在整个接触角和水珠体积变化范围内均能准确获得静态接触角。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有单一水珠静态接触角计算方法计算精度低的不足，本发明提出了一种憎水性时静态接触角检测方法。

本发明的技术方案是，一种憎水性时静态接触角检测方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：采集水珠图像；

步骤2：对水珠图像进行分析：

a.当水珠静态接触角在大于90°、小于等于110°范围内，且水珠体积小于100μL时，选择椭圆拟合算法；

b.当水珠静态接触角在大于110°、小于等于130°范围内，且水珠体积不大于10μL时，选择椭圆拟合算法；

c.当水珠静态接触角大于110°、小于等于130°范围内，且水珠体积大于10μL时，选择ADSA-P算法；

d.当水珠静态接触角大于130°时，选择ADSA-P算法；

步骤3：根据上述算法求得的固、液、气三者交界点处的切线求得接触角。

所述椭圆拟合算法求接触角的计算公式为：

θ＝(θ_L+θ_R)/2

其中：

θ为接触角；

θ_L为使用椭圆拟合算法时求得的最终左接触角；

θ_R为使用椭圆拟合算法时求得的最终右接触角。

所述θ_L的计算公式为：

θ_L＝θ_L2-180atan(k₁)/π

其中：

θ_L2为左侧的接触角；

k₁为固体水平面斜率。

所述θ_R的计算公式为：

θ_R＝θ_R2+180atan(k₁)/π

其中：