什么是接觸角？
當(dāng)液滴自由地處于不受力場影響的空間時，由于界面張力的存在而呈圓球狀。但是當(dāng)液滴與固體平面接觸時，其最終形狀取決于液滴內(nèi)部的內(nèi)聚力和液滴與固體間的粘附力的相對大小。當(dāng)一液滴置于固體平面上時，液滴能自動地在固體表面鋪展開來，或與固體表面成一定的角度而存在，我們稱之為接觸角(ContactAngle)，即在一固體水平平面上滴一液滴，固體表面上的固—液—氣三相交界點處，其氣—液界面和固—液界面兩切線把液相夾在其中所成的角，也稱浸潤角或潤濕角(WettingAngle)。用符號θ表示，單位度(°)。
一液滴在水平固體表面上，當(dāng)固—液—氣三相達(dá)到熱力學(xué)平衡時，形成的接觸角與各界面張力之間符合楊氏方程(Young'sEquation)式：
γLG·COSθ=γSG-γSL(1)
(1)式中γLG、γSG、γSL分別為液—氣、固—氣和固—液的界面張力，θ為液體與固體間的界面和液體表面的切線所夾(包含液體)的角度，即接觸角。θ范圍在0～180°之間，是反應(yīng)液體與固體潤濕性關(guān)系的重要尺度：
A.當(dāng)θ=0°，時為鋪展（完全潤濕）
B.當(dāng)θ＜90°時為潤濕（親水）
C.當(dāng)θ=90°時為潤濕與否的分界標(biāo)準(zhǔn)
D.當(dāng)θ＞90°時為不潤濕（疏水）
E.當(dāng)θ=180°時為完全不潤濕（是不可能的理想狀態(tài)，因液體與固體間的相互吸引力總會存在）
接觸角因測試原理的不同大致可分為影像分析法、力測量法和滲透法3種：
影像分析法(外形圖像分析法)：通過攝像系統(tǒng)獲得液體在固體表面上的外形圖像，再運用圖像處理技術(shù)和一系列計算方法將圖像中液體與固體的接觸角計算出來。是最常用和普遍的測試方法。
※影像分析法測量靜態(tài)接觸角的方法大致可分為停滴法、停泡法和插板法3種：
A.停滴法(SessileDropMethod)：從毛細(xì)管口處至上而下滴出一液滴停在固體上表面，采集并分析液滴在固體上表面的角度，也稱座滴法、靜滴法、躺滴法或液滴法；
B.停泡法(CaptiveDropMethod)：將固體放在液體上面，液體與固體間沒有空隙，用特制毛細(xì)管至下而上噴出氣泡，停在固體下表面，采集并分析浸入液體中氣泡在固體下表面的角度，也稱氣泡俘獲法或貼泡法；
C.插板法(InsertingPlateMethod)：將固體板插入液體中，通過改變固體板的插入角度，直至液面完全水平地達(dá)到固體的表面為止，采集并分析水平液面與固體板表面之間的夾角，也稱傾板法。因液體用量較多，且無法測出曲面、多點和大于90°的接觸角，所以應(yīng)用范圍較小。
影像分析法是目前應(yīng)用較廣泛的接觸角測量方法，其使用環(huán)境遠(yuǎn)高于力測量法，如可測試高溫條件下樣品的接觸角；適用于各種形狀的樣品分析，如斜面、凹凸面和不可切割的樣品等。但其所有測試均存在人為誤差，如人為判斷接觸角切線和水平線的誤差，即使是軟件自動分析也會受限于測試區(qū)域內(nèi)的雜點干擾；測試前進(jìn)角和后退角過程中，不同液滴量的誤差也會導(dǎo)致接觸角值的誤差，相對于力測量法而言，這種缺陷是非常明顯的；且無法測試潤濕性粉體的接觸角。
力測量法(稱重法)(DynamicWilhelmyMethod)：采用表面張力儀中的稱重傳感器和專業(yè)分析軟件，測量固體與液體間的界面張力，再通過換算得出接觸角值。
將一個固體樣品板浸入測試液體中，由于液體的表面張力以及固體的表面自由能的作用，稱重傳感器會感測到一個向下拉的力F，根據(jù)如下計算公式：
F=γLG·cosθ·P(1)
(1)式中P為板的周長，因此只要測得力F的值，就可以看出接觸角θ值，當(dāng)然以上我們沒有考慮被測樣品的浮力。如果提升或降低樣品浸入的深度，就可以測得后退角或前進(jìn)角的值。
力測量法可通過不斷的升降板測得整個樣品的平均接觸角值；分析接觸角隨時間的變化而變化的動態(tài)接觸角體系。但采用力測量法對于樣品材質(zhì)的均勻度和平整性要求較高；樣品要足夠小和輕，不能超過稱重傳感器的量程范圍，且周長、高度等幾何參數(shù)要已知；要保證有足夠量的液體讓樣品侵入；受溫度影響較大，無法測試高溫條件下樣品的接觸角。
滲透法(透過測量法)(WashburnMethod)：主要用于測試粉體的接觸角。將粉體裝在一內(nèi)徑均勻的空心管中壓實，要求管底允許液體自由通過，但不允許粉體漏失。其粉體粒子間的間隙相當(dāng)于一束毛細(xì)管，當(dāng)管底接觸液面時，毛細(xì)作用會使可潤濕粉體表面的液體透入粉體柱中。由于毛細(xì)作用取決于液體的表面張力和對固體的接觸角，所以可通過測試已知表面張力的液體在壓實粉體柱中的滲透性來測試粉體的接觸角，滲透性的測試方法包括透過高度法(又稱透過平衡法)和透過速度法兩種：
A.透過高度法：液面在毛細(xì)力的作用下會在粉體柱中上升，上升的最大高度h由下式?jīng)Q定：
h=-2·γ·cosθ/(ρ·g·r)(2)
(2)式中γ為液體表面張力、θ為接觸角、ρ為液體密度值、g為重力加速度、r為粉體柱的等效毛細(xì)管半徑。由于粉體柱r值無法直接測定，通常采用標(biāo)準(zhǔn)液體校正的辦法來解決，即用一個已知表面張力、密度和對所研究粉末接觸角為0的液體先測定其透過高度。通過計算此時的透過高度換算出r值。然后再用另一種液體測定，計算出接觸角值。
由于粉體柱的等效毛細(xì)半徑與其粒子大小、形狀及填裝緊密程度密切相關(guān)，故對樣品填裝方法的統(tǒng)一性十分重要，此外還需要足夠的平衡時間以保證達(dá)到毛細(xì)上升的最大值。
B.透過速度法：根據(jù)Washburn方程可知，若液體由于毛細(xì)作用滲入半徑為r的毛細(xì)管中，滲透過程中壓縮粉體柱中的氣體而引起的壓力差的平方△P2是時間t的函數(shù)，其方程為：
△P2=[(β·γ·cosθ)÷η]×t(3)
(3)式中β為與粉體柱本身性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)、γ為液體表面張力、η為液體粘度；θ為潤濕接觸角。作出ΔP2—t關(guān)系圖，將得到一條近似的線性直線，求出斜率K，得到：
K=(β·γ·cosθ)÷η(4)
從而可得：
θ=arcos(K·η)÷(β·γ)(5)
(5)式中η/γ僅與潤濕液體的性質(zhì)有關(guān)，可以查表得到，K值也可以得到，關(guān)鍵是確定β值。一般用一種對樣品的潤濕角為零度的液體，即用完美潤濕液體(潤濕性最好的液體，其相應(yīng)的接觸角為0°)進(jìn)行實驗，得到相應(yīng)的β值，由它便可以測試出在同等實驗條件下其它液體與該粉體的接觸角。
接觸角儀應(yīng)用：
噴霧、油漆、涂料和油墨等配方設(shè)計和潤濕性分析；
印刷、鍍膜、電鍍和上漆等表面附著力檢測；
薄膜、織物、紙張等表面吸附/吸收過程分析；
玻璃、液晶屏、觸控屏等表面處理效果和清潔度檢測；
晶圓、封裝基板、LED、高精密部件等有機(jī)污染檢測；
親水鋁箔、巖芯、礦物、瀝青、絕緣子等潤濕性行為分析；
偏光片、膠片、眼鏡片等表面潤濕性和吸附性分析；
醫(yī)藥、食品、聚合物等表面競爭、吸附和浸透性分析；
表面活性劑如化妝品、乳液、石油等分析與應(yīng)用；
清潔劑如肥皂、洗滌劑等表(界)面張力分析；
纖維、碳纖維、玻璃纖維和樹脂等表征分析；
納米材料與不同活性劑間濕潤性的測定與研究；
粘貼劑與固體間的粘接程度研究與檢測；
清洗行業(yè)的清洗效果檢測。
