接觸角測(cè)量?jī)x應(yīng)用實(shí)例：狗尾草3D接觸角測(cè)量以及超疏水材料表面的異構(gòu)性

由于材料本身確證存在的化學(xué)多樣性、表面粗糙度以及異構(gòu)性的存在，事實(shí)上，98%以上的材料均存在各個(gè)視角條件下的接觸角左、右的非軸對(duì)稱性。而此時(shí)，測(cè)試接觸角的為有效的方法包括兩種：

1、測(cè)試各視角條件下的不同的接觸角變化。我們稱為3D接觸角測(cè)量。這是表征材料如上性質(zhì)影響的的方法。

2、測(cè)試基于前進(jìn)、后退角情況下的修正表面粗糙度、化學(xué)多樣性后的本征接觸角值。提醒注意的是，我們此處提及的是多個(gè)影響的綜合修正而非簡(jiǎn)單到輸入一個(gè)表面粗糙度值即認(rèn)為可以得到本征接觸角值。

我們對(duì)狗尾草進(jìn)行了不同角度條件下的3D接觸角測(cè)量。結(jié)果如下所示：

1、在與鏡頭水平方向時(shí)狗尾草的接觸角值情況如下所示：

2、與鏡頭方向垂直時(shí)，狗尾草的接觸角變化情況如下所示。可以明顯地看到圖像中狗尾草的表面的絨毛。

從如上兩組圖片我們可以得出初步的結(jié)論，即狗尾草沿表面的紋路向觀測(cè)時(shí)是超疏水角度值，而垂直與葉片紋路結(jié)構(gòu)時(shí)是普通疏水角度值。

當(dāng)然，如狗尾草和水稻、竹葉等有明顯的經(jīng)、緯區(qū)別的紋路的樣品表面有時(shí)比較容易區(qū)別開方向，對(duì)于硅片、晶圓等材料有時(shí)很難以區(qū)別方向，因而此時(shí)的測(cè)值具有明顯的偶發(fā)性，即某視角條件下極可能滿足要求，而換個(gè)視角時(shí)，可以接觸角值卻是不滿足要求的。因而，測(cè)試不同視角條件下的3D接觸角是我們的必然，也是應(yīng)有之選。

更進(jìn)一步地，我們對(duì)于沿紋路方向（超疏水方向）的前進(jìn)、后退角進(jìn)行了進(jìn)一步測(cè)量，滾動(dòng)角的角度值為12度。基于化學(xué)多樣性、粗糙度修正后的本征接觸角值為143.3609度。相關(guān)圖譜如下所示：

同一張圖片的原圖如下所示：

對(duì)于如上圖片采用不同的測(cè)量算法，進(jìn)行測(cè)值，結(jié)果對(duì)比如下：

1、Young-Laplace方程擬合：可以明顯看到擬合的輪廓線與液滴邊緣不重全。測(cè)值失敗。

2、橢圓擬合法：也可以非常明顯看到無論是左側(cè)還是右側(cè)均沒有實(shí)現(xiàn)輪廓線與擬合線的重合。

3、切線法：分析角度值分別為158.4和143.2度。與阿莎算法測(cè)得的167.36和138.27存在不小的差距。測(cè)值數(shù)據(jù)的可信度比較低。

綜合而言，Young-Laplace方程擬合法由于其軸對(duì)稱的假設(shè)與測(cè)試要求，因而，在具體的存在化學(xué)多樣性、表面粗糙度和異構(gòu)性的條件下時(shí)，通常而言測(cè)值結(jié)果的可靠性低于阿莎算法。

橢圓擬合和切線法等幾何量角器的量角法，由于其缺乏界面化學(xué)科學(xué)性支撐，測(cè)值結(jié)果的可信度一般。在實(shí)際應(yīng)用中也無法適用很多具體實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合。

而正是這樣的對(duì)比測(cè)值很明顯的體現(xiàn)了阿莎算法的性。在無法避免化學(xué)多樣性、異構(gòu)性以及表面精糙度的情況下，非軸對(duì)稱的真實(shí)液滴條件下的ADSA-RealDrop算法（阿莎算法）才是真正全才性算法，依托界面化學(xué)的基礎(chǔ)公式也是核心的Young-Laplace方程，進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而測(cè)試3D接觸角和本征接觸角，為本征材料的接觸角值以及物理化學(xué)性質(zhì)提供了強(qiáng)大的工具。