【摘要】 测量都是建立在某一模型的基础上，测量的准确性首先取决于采用的模型在多大程度上与实际被测量体系相符合：符合程度越高，测量的准确性也就越高。反之，即使测量的重复性再好，其数值的准确性（与真实数值的偏差）也不可能得到保证。

在做接触角测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对接触角测量不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

 

如何衡量/检测接触角测量的准确性？

 

测量都是建立在某一模型的基础上，测量的准确性首先取决于采用的模型在多大程度上与实际被测量体系相符合：符合程度越高，测量的准确性也就越高。反之，即使测量的重复性再好，其数值的准确性（与真实数值的偏差）也不可能得到保证。

 

视频光学法测量接触角的一个默认的前提（中心轴对称性）和必要的模型假设（液滴或液面轮廓走向函数）。采用的液滴或液面轮廓走向函数的模型与真实情况的相符合性在很大程度上直接决定了最终测量得到的接触角的准确性。

 

当前运用于视频光学法测量接触角的整体液滴或液面轮廓模型基本上有以下几种：

1）球或圆（截面）模型：如宽高法，圆法等；

2）椭球或椭圆（截面）模型：如椭圆法；

3）Laplace-Young模型：Laplace-Young法。

 

其中球或圆（截面）模型是假设表面张力的作用与液滴本身的重力相比，大大超过后者，所以后者的作用力可以忽略。这其实只对体积很小（小于2µl）的水滴，而且当接触角比较小时，才大致符合。对体积较大，角度较大，或非水液体，此模型的偏差相当明显，且随着体积增大，液体的密度增大，液体的表面张力减少，接触角值增大，这一偏差也将越来越大。当接触角大于120°、采用的水滴的体积在5µl以上时，偏差可超过10°以上。另外理论计算可以证明，如果采用以球或圆（截面）模型为基础的计算方法，测量得到的接触角的数值始终不可能高过约155°，不管液滴的真实接触角值是否已超过这一数值。

 

椭球或椭圆（截面）模型是在部分考虑了液滴本身重力的影响下，液滴或液面轮廓被压扁，近似椭圆状。所以这一方法较圆法更接近真实状况，得到的接触角的值也较接近其真实值。但实际上，当接触角的值超过90°后，其与真实状况的偏差也明显地显示出来。

 

当一液滴躺在平整的固体表面上且处于力平衡时，它的形状是由液体的表面张力、液体的体积和液体与固体表面间形成的接触角而决定的。早在100多年前Laplace和Young就先后建立了描写这一力平衡的状态方程，只是这一方程没有解析解。一直到最近20年，随着计算机的发展和应用，这一描写液滴轮廓的方程才得以部分求解。部分求解这一方程的前提是：液滴和液面呈现中心轴对称性。因此对于所有符合这一前提的液滴，无论其体积、密度和接触角多大，只要其形状呈现中心轴对称性，其轮廓就可以用Laplace-Young方程得以准确描述，而且能得到求解，由此就可准确计算出其在固体表面的接触角。

 

影响接触角测量准确性的另一个关键因素是液滴与固体表面相接触处的基线位置的测量。基线位置对接触角值测量结果的影响随着接触角值的变大而迅速增加：接触角越大，由于基线位置测定不准确而导致的接触角测量结果的误差也越大。如果测量软件没有自动、准确确定液滴基线位置的功能，基线位置只能通过肉眼观察来确定，那么其实这样的方法根本不可能达到0.1°的测量准确性。不管采用何种计算方法。而且当接触角值在90°以上时，由于基线位置误差而引起的接触角测量误差可以高达1-5°左右。

 

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