метод на сесилна капка

При метода на сесилна капка течност с известно повърхностно напрежение се поставя върху твърда повърхност с помощта на спринцовка. Диаметърът на капката трябва да бъде между 2 и 5 mm; това гарантира, че контактният ъгъл е независим от диаметъра. При много малките капки влиянието на повърхностното напрежение на самата течност ще бъде голямо (ще се образуват сферични капки), а при големите започват да доминират гравитационните сили.

Методът на сесилна капка измерва ъгъла между твърда повърхност и течност в точката на контакт на трите фази. Съотношението на силите на междинно и повърхностно напрежение в точката на контакт на трите фази може да се опише с уравнението на Юнг, въз основа на което може да се определи контактният ъгъл:

Специален случай е методът на "затворен мехур": контактният ъгъл се измерва под повърхността на течността.

Първоначално измерванията са правени с помощта на гониометър (ръчен инструмент за измерване на контактен ъгъл) или микроскоп. Съвременните технологии позволяват да се запише изображение на капка и да се получат всички необходими данни с помощта на програми.

Статичен контактен ъгъл

При статичния метод размерът на капката не се променя по време на цялото измерване, но това не означава, че контактният ъгъл винаги остава постоянен. Напротив, влиянието на външни фактори може да доведе до промяна на контактния ъгъл с течение на времето. Поради утаяване, изпарение и подобни химични или физични взаимодействия контактният ъгъл ще се промени спонтанно с времето.

От една страна, статичният контактен ъгъл не може абсолютно да оцени свободната енергия на твърда повърхност, а от друга страна, той позволява да се характеризира зависимостта от времето на такива процеси като изсъхване на мастило, нанасяне на лепило, абсорбцияи адсорбция на течности върху хартия.

Промените в свойствата с течение на времето (разпространение на капка) често пречат на изследванията. Петно, драскотина върху пробата също може да действа като източник на грешка, всяка нехомогенна повърхност ще има отрицателен ефект върху точността на измерване, която може да бъде сведена до минимум при динамични методи.

Динамичен контактен ъгъл

При измерване на динамичния контактен ъгъл иглата на спринцовката остава в капката и нейният обем се променя с постоянна скорост. Динамичният контактен ъгъл описва процесите на границата твърдо/течно вещество по време на увеличаване на обема на капката (входящ ъгъл) или по време на намаляване на капката (изходящ ъгъл), т.е. по време на намокряне и сушене. Границата не се образува мигновено; отнема време за постигане на динамично равновесие. От практиката се препоръчва дебитът на течността да се настрои на 5 - 15 ml/min, по-високият дебит ще имитира само динамични методи. За силно вискозни течности (напр. глицерол) скоростта на образуване на капчици ще има различни граници.

Входящ ъгъл. По време на измерването на входящия ъгъл, иглата на спринцовката остава в капката по време на целия експеримент. Първо на повърхността се образува капка с диаметър 3-5 mm (с диаметър на иглата 0,5 mm, която се използва от KRUSS), след което се разпространява по повърхността. В началния момент контактният ъгъл не зависи от размера на капката, т.к силни сили на сцепление с иглата. При определен размер на капката контактният ъгъл става постоянен и точно в този момент трябва да се направят измервания. Този тип измерване има най-висока повторяемост. Увеличаващите се ъгли обикновено се измерват, за да се определи повърхностната свободна енергия.

Ъгъл на изтичане. По време на измерването на ъгъла на изтичане размерът на капката намалява като повърхността се изсушава: голяма капка (приблизително 6 mm в диаметър) се поставя върху повърхността и след това бавно се намалява чрез засмукване през иглата. Разликата между входящия ъгъл и ъгъла на отдалечаване може да се използва, за да се заключи, че повърхността е неравна или химически нехомогенна. Ъгълът на отстъпление НЕ е подходящ за изчисляване на SEP.

Метод на Young-Laplace. Най-отнемащият време, но и най-точният метод за изчисляване на контактния ъгъл. При този метод при конструиране на контура на капка се вземат предвид корекциите, че не само междуфазните взаимодействия разрушават формата на капката, но и собственото тегло на течността. Този модел предполага, че формата на капката е симетрична, така че не може да се използва за динамични контактни ъгли. За входящо падане контактният ъгъл също може да се определи само до 30°.

Метод дължина-ширина. Този метод оценява дължината на разпространение на капка и нейната височина. Контурът, който е част от кръг, е вписан в правоъгълник и контактният ъгъл се изчислява от съотношението на ширината и височината. Този метод е по-точен за малки капчици, чиято форма е по-близка до сфера. Не е подходящ за динамичен контактен ъгъл като иглата остава в капката и височината на капката не може да се определи точно.

Метод на окръжност. При този метод капката е представена като част от окръжност, както при метода дължина-ширина, но контактният ъгъл се изчислява не с помощта на правоъгълник, а с помощта на сегмент от окръжност. Но за разлика от метода дължина-ширина, иглата, останала в капката, има по-малък ефект върху резултатите от измерването.

Тенгенциален метод 1. Пълният контур на сесилна капка се напасва към уравнението на коничен сегмент. Производната на това уравнение в точката на пресичане на контура иосновната линия дава ъгъла на наклон в точката на контакт, т.е. ръбов ъгъл. Този метод може да се използва с методи за динамична оценка, стига капката да не е силно счупена от иглата.

Тангенциален метод 2. Частта от контура на неподвижна капка, разположена близо до основната линия, е адаптирана към полиномна функция от типа y=a + bx + cx 0,5 + d/lnx + e/x 2 . Тази функция е получена в резултат на множество математически симулации. Методът се счита за точен, но чувствителен към замърсители и чужди вещества в течността. Подходящ за определяне на динамични контактни ъгли, но изисква прецизно изобразяване, особено в точката на фазов контакт.

Методът на сесилна капка се прилага в DSA инструменти за контактен ъгъл, които се използват широко в лабораториите за изследване на повърхностните свойства. Тези устройства също дават възможност за измерване на повърхностното и междинно напрежение на течности, като се използва методът на висящата капка.