接触角测量仪/水滴角测量仪3D接触角测量技术进展－TOF相机应用

美国科诺在界面化学分析仪器行业提出了3D接触角测量仪的概念，并成功研制成功了两种可用于3D接触角或水滴角测量的模式。*种是基于样品台水平旋转模式的3D接触角测量仪或水滴角测量仪；第二种是基于3D接触角镜头（多90度棱镜转化的3D接触角测量仪）；目前，公司正在研制基于TOF相机的3D接触角测量仪。TOF相机作为世界的3D测量技术，在界面化学测量，甚至分析测试领域没有任何技术文献显示有相关资料。所以，美国科诺在TOF相机应用的研究是远远于世界同行的，TOF相机的应用同时也是测量领域的一项的黑科技。

目前*的3D接触角测量方式为基于TOF相机（飞行时间相机Time of Flight）3D接触角测量技术。技术核心包括3D摄像系统（TOF相机）以及显微镜头，反射光板等。通过液滴对红外光的干涉引起的距离变化，识别液滴轮廓并计算得到相应的深度信息和图像轮廓信息。通过3D建模，实现3D接触角的复原与测试、分析。下图显示了深度信息条件下的悬滴水滴滴落前的TOF相机成像信息。可以看出，图像明显出现深度信息的变化。

3D接触角测量仪包括普通的接触角测量仪或水滴角测量仪测试3D条件下接触角值的意义在于进一步评估材料基于化学多样性、表面粗糙度以及异构性导致的接触角滞后现象，通过测试3D接触角值分析固体材料自身的表面自由能。同时，可为构建纳米结构仿生材料、新材料、新功能材料等提供一个更为科学的基于界面化学的分析工具。3D接触角测量技术包括阿莎算法（实现非轴对称条件下的Young-Laplace方程拟合分析），这个也是接触角测量仪区别于普通的数码量角器（仅提供圆拟合、椭圆拟合、切线法（局部拟合技术）的所谓的接触角测量仪）。在行业发展方面，国内的接触角测量仪厂商大部仍停留在数码量角器阶段，部分厂商虽宣称具有Young-Laplace方程拟合技术，但实事上哪怕与德国同行的Young-Laplace方程拟合还存在非常大的差距，根本是伪Young-Laplace。而国外的大部分Young-Laplace方程拟合算法仍然为轴对称分析方法，无法达到接触角测量或水滴角测量在绝大多数情况下是非轴对称的液滴的测试需求。非轴对称本身是由材料本身的接触角滞后原因造成。因而，阿莎算法目前是*的可适用于真正的材料接触角测量的算法。

美国科诺作为界面化学行业的者，在3D接触角测量或水滴角的测量方面已经作出了贡献，着行业测量技术的新发展。