接触角【水滴角】理论
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发布时间：2024-10-18 20:18
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时间：2024-10-21 12:09
接触角是指当液体滴落在固体表面上时，液滴表面与固体表面相切的两条线在气-液-固三相接触点处形成的角度。这个角度是衡量液体对固体表面润湿性能的关键参数，它反映了液体分子与固体表面相互作用的强弱。接触角的大小可以通过杨氏方程来预测，该方程考虑了固-液、固-气以及液-气三个界面的表面张力差异。
当接触角小于90度时，固体表面被称为亲水性，表明液体容易润湿固体并在其上铺展；当接触角等于90度时，固体表面表现为中性润湿性，液滴保持为半球形；当接触角大于90度时，固体表面为疏水性，液体不易润湿固体，倾向于保持为球状以减少与固体的接触面积；若接触角接近0度，表明固体具有超亲水性，液体能够充分铺展；若接触角远大于90度甚至接近180度，则固体表现为超疏水性，此时液体几乎不能润湿固体表面，会形成高悬的液滴形态。
接触角的测量和理解在材料科学、化工、生物医学、微电子学、石油工业、环境科学等领域都非常重要。它用于研究和改进不同材料的表面性质，以及设计制造具有特定润湿性能的产品。
接触角的测量方法主要有切线法、高宽法、圆拟合算法、椭圆拟合算法和Laplace方程的拟合算法等。切线法是通过量角器读取液滴的接触角；高宽法是假设液滴边缘满足某个圆方程，从而确定液滴的接触角；圆拟合算法是利用图像上液滴的底和高来确定其内接三角形，根据接触角与圆内接三角形的关系计算出接触角；椭圆拟合算法是利用椭圆模型来描述液滴在固体表面的二维投影形状，通过优化算法确定椭圆参数，进而精确确定接触点并计算出接触角；Laplace方程的拟合算法是基于精确模型来拟合液滴边缘，通过优化算法调整液滴的形状和尺寸因子，当计算得到的边缘与测量得到的真实边缘差距足够小时，则算法收敛，接触角可方便计算获得。
不同算法下接触角误差比较是评价接触角测量准确性的重要指标。部分内容参考《静态接触角模型及算法》，徐志钮著。北京：中国电力出版社，2018.1。
