表面清洁度检测方法档

表面清洁度测试仪器定义：

表面清洁度测试仪器器是一种借用特定测试技术来分析物体表面的清洁程度的仪器.通常而言,表面清洁度测试仪器器有两种,一种为称重法清洁度分析仪,另一种就是借用特定物体的物理化学性质进行表面清洁度分析的仪器.这种仪器我们通常称为接触角仪技术表面清洁度测试仪器.而接触角仪是指专业用于测量固体表面自由能的专业测量/测定仪器，通过白金板法、悬滴法、插板法等原理，实现精确固体表面自由能的表现之一接触角值的测量。同时，利用软件技术，可能测得动态接触角值，如前进角/后退角、倾斜角、滚动角等以及随时间变化的接触角测试等。

称重法表面清洁度测试仪器的优缺点：

称重法表面清洁度测试仪器通常应用的精密轴承的会非常多,但通常是用于测试无机粉尘的污染.而对于有机的污染有时会相对而言比较难。虽然具有操作方便的优点,但称重法表面清洁度测试仪器由于最小称重与量程的问题而影响到用户的使用.这是一个两难处境.

接触角分析技术下的表面清洁度仪是如何工作的

我们可以通过测定接触角值来分析固体的表面自由能(surface energy, γ)。但为精确测定表面自由能，我们必须选择一个符合要求的固液体系以及一个相对应的数学模型。但是，有时候我们可能不需要这么复杂，因为，我们发现一个最简单的用二次蒸馏水相对于固体表面的接触角值就可以相应的描述出我们需要的这个固体的物理化学性质。这是由于，大多数情况下，由于污染物的存在，我们所测得的表面自由能值也会不一样。特别是当存在有机污染物时，这个现象就更为明显。而这些污染物恰恰是我们想方设法将他清洁掉的。如下所图所示：

1、为何污染物能够改变接触角值呢？

从理论分析，这个原因很简单，那就是如果污染物的表面自由能与清洁的固体材料的表面自由能不一样的话，接触角值肯定也会不同。从物理化学学科来讲，接触角值是描述界面自由能性质的一个重要指标，大多数的污染物相对而言，一定会与清洁固体材料有不同的化学性质和不同表面自由能。应用层次上，我们的科学家和生产厂通过大多数的实验也证实了这个理论。

2、污染物通过何种方法改变接触角值的?

金属材料和半导体材料(半金属材料)以及他们的氧化物，通常具有高能表面－高表面自由能值。而与之不同的是，油脂、石油、碳氢化合物以及聚合物通常具有低表面自由能值。所以，

在应用接触角值分析表面清洁度时，我们假设当清洁材料是金属和半导体材料时，污染物是油脂、石油、碳氢化合物以及聚合物；同理，当清洁材料是铁氟龙、聚合物以及低能表面金属时，污染物是高表面自由能的金属材料，他们污染底材的方法是通过提升表面自由能实现的。而这里，我们不得不提及的是，LCD玻璃底材的表面自由能事实上不高，但他的接触角值恰恰能够是一个低接触角值。而不同的是，如果玻璃受有机物污染后，这个接触角值就会明显变大。

所以，我们必须明确我们的底材的表面性质，而此时，您可能必须先了解一下相关的物理化学方面的专业知识。

3、假如表面自由能是不同的，那么，他们如何改变接触角值的？

Girifalco-Good-Fowkes-Young理论给了我们一个很简单的理解方式，这个公式中，我们可以非常明显的看到有如下关系存在：

θ????? : 接触角

γS???? : 固体的表面张力值(表面自由能surface energy) γL???? : 固体的表面张力值 γSL??? : 固体与液体的界面张力值 γS???? :γL?cosθ+γSL

??

平衡接触角与三个界面自由能之间有如下关系： γS=γL?cosθ+γSL

通常情况下，一个普通的表面暴露在空气中(不是在真空环境下)，其表面自由能会从73降低到18.您可以看一下，其表面自由能的变化值。

提醒您注意的是，如下铂金和铝合金的表面自由能值不会是这个值。这仅仅是依据接触角值选用的一种数学模型估算出来的值。恰恰是这个数学模型不符合这样的样品测值，所以才会出现这样的估算结果。

4、单层污染物分子对接触角变化值的敏感性如何？

通过表面自由能的理论，我们就可以看到，接触角以及表面自由能本身所描述的恰恰是单层分子的力。考虑到表面均匀度(受污染程度区别)，我们最多测试到的力为2－3个的分子层力。在物理化学研究领域，恰恰是分析这个分子层表面如吸附，电化学等性质。

5、我们需要测试多大空间的接触角值？

通常，我们使用2uL左右的液滴滴于固体材料表面，分析这滴液滴在固体材料表面所形成的接触角值。而由于应用领域为分析表面清洁度，所以，我们必须分析多个点的接触角值，方可以得出清洁度情况。我们建议的测试范围为，测试被测固体材料表面3－10个点的接触角值，然后分析其接触角变化情况，用以确定是否符合清洁度要求。

表面清洁度测试仪器采用接触角测试技术测试时的基本原理：接触角测试原理

表面清洁度测试仪器因为测试技术不同，我们通常能够找到多种方法测试接触角。而应用这些接触角测试技术，我们的生产厂就能够生产出各种原理的表面清洁度测试仪器。

1、影像分析法(角测量仪Goniometry)表面清洁度测试仪器：

影像分析法是通过滴出一滴满足要求体积的液体于固体表面，通过影像分析技术，测量或计算出液体与固体表面的接触角值的简易方法。作为影像分析法的仪器，其基本组成部分不外乎光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统。最简单的一个影像分析法可以不含图像采购系统，而通过镜头里的十字形校正线去直接相切于镜头里观察到的接触角得到。 作为动态接触角测试系统的应用，如我们测试前进角θA和后退角θR时，我们可以通过控制进样量来实现，如我们想测前进角θA，我们就可以增加液体量；如我们想测后退角θR时，我们可以减少液体量。当然，我们也可以让样品台倾斜，直接测得倾斜角，而此时，我们必须使用高速相机进行图像采集。

标准的影像分析系统会采用CCD摄像和图像采集系统，同时，通过软件分析接触角值。

影像分析法表面清洁度测试仪器的优点

影像分析法表面清洁度测试仪器可使用环境远高于力测量法，我们可以容易测得各种外形品的接触角值。而力测量法表面清洁度测试仪器对于材质的均匀度以及平整性均有较高的要求。我们更可以用于测试高温条件下的样品的表面张力值，如融化后的聚合物。这就是影像分析法表面清洁度测试仪器的优点，不过影像分析法表面清洁度测试仪器的缺点也很明显。

影像分析法表面清洁度测试仪器的缺点

(1)影像分析法表面清洁度测试仪器的主要缺陷在于人为误差较大。

这种缺陷主要是由于：第一、接触角切线的再现能力较差，主要是因为使用者的人为判断误差所致；第二、水平线的确认较困难，而水平线的高低不同，导致的结果也会有较大误差。

以上缺陷作为弥补办法，SL系列表面清洁度测试仪器采用软件全自动分析方法计算接触角值。但这种方法也会受限于测试区域内是否有杂点。同时，SL系列表面清洁度测试仪器采用高精度升降台，控制样品台水平线与软件水平线的一致，以硬件方式提升水平线的识别能力。但是，这种硬件校正水平线也会因样品不同，有时也会存在水平线无法观察到的现象。

(2)影像分析法表面清洁度测试仪器在前进后退角测试过程中，样品进样过程的

重复性较差。

液滴移转过程中，我们通常会这次进样多，这次进样少，而这样的量的变化同样会导致接触角测量值的变化。相对于力测量法测试动态接触角而言，这种缺陷是非常明显的。

(3)影像分析法表面清洁度测试仪器无法准确测试纤维接触角和粉体接触角值 2、插板法表面清洁度测试仪器：

也称倾板法表面清洁度测试仪器，其原理是固体板插入液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲。如下图B所示。否则，液面将出现如图A或C所示的弯曲现象。因此，改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角。斜板法避免了作切线的困难，提高了测量的精度，但突出的缺点是液体用量较多。这在许多情况下妨碍了它的应用，且，他只能测试接触角小于90°的样品。 这就是这种原理的表面清洁度测试仪器。

SL系列表面清洁度测试仪器提供插板法供您参考。但不是非常建议您采取此种方法，原因为，此种方法的表面清洁度测试仪器测试接触角值时要求被测样品的表面均匀度，且无法测出多点的接触角值不同。

3、力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器：

这种方法有时也被称为Wilhelmy板法测接触角，应用这种方法的表面清洁度测试仪器主要是采用表面清洁度测试仪器测试系统的表面清洁度测试仪器。通常通过软件系统的增加，实现对接触角测试，在实际仪器采购中，通常为使用表面清洁度测试仪器(Surface Tensiometer)中的称重传感器，同时借助软件分析来实现测量接触角的目的。

具体原理如下：将一个固体样品板浸入测试液体中，由于液体的表面张力以及固体的表面自由能的作用，称重传感器会感测到一个向下拉的力F(Wetting force)具体计算公式如下: F=γlgcosθP。

其中：P代表板的周长。如果知道此时测得的力是多少，我们就可以看出接触角θ值。 当然，以上我们没有考虑被测样品的浮力。

如果我们提升或降低样品浸入的深度，就可以测得后退角/前进角的值了。

力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器的优点

(1)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器通过不断的升降板，我们可以测得整个样品的平均接触角值。

(2)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器可以测得动态体系的接触角值，主要考察随时间变化而变化。特别对于接触角滞后现象能够有一个更好的观察。

力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器的缺点

(1)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器首先得保证有足够的液体量让样器浸入； (2)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器样品必须切除，且最好知道周长，高度等几何参数。

(3)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器要求样品均匀足够小和轻。若超过传感器的量程的话，测试是不可能完成的。

(4)力测量法(Tensiometry)表面清洁度测试仪器受温度影响较大，无法测得高温条件下的

接触角值。

4、透过测量法表面清洁度测试仪器：

主要用于测量粉体接触角等的表面清洁度测试仪器。这种表面清洁度测试仪器的基本原理是：在装有粉末的管中固体粒子间的间隙相当于一束毛细管。毛细作用使可润湿固体粉末表面的液体透入粉体柱中。由于毛细作用取决于液体的表面张力和对固体的接触角，故测定已知表面张力液体在粉末柱中的透过性可以提供液体对粉末的接触角的知识。在具体应用中，我们又把它分为透过高度法(又称透过平衡法)表面清洁度测试仪器和透过速度法表面清洁度测试仪器两种表面清洁度测试仪器。

接触角分析技术概括

我们选用的最常用的表面清洁度测试仪器通常为影像分析法表面清洁度测试仪器。而至于透过高度和称重法表面清洁度测试仪器均为专用表面清洁度测试仪器，其应用非常明显。如您测试的是纤维的接触角值、想用称重法测接触角值，那么您选购一台由表面张力测试技术(液体表面张力仪)的表面张力仪即可，如BZY-3型(国产仪器，关键部分为进口最先进技术的传感器)或K100(德国)或SIGMA700型(芬兰)。而本文中，我们重点给您谈的接触角分析技术是影像法中接触角的分析技术。而这个，恰恰是长久以来被客户所忽视的。

我们通常说选购一台表面清洁度测试仪器，就以为其一定会采用什么什么分析技术，但是由于技术实力的因素，事实上，表面清洁度测试仪器与表面清洁度测试仪器之间，也会因接触角分析技术的存在而相当很远。我们希望您能够认真的研究一下下面我们的陈述。或许对您选购表面清洁度测试仪器有相当帮助。 一、概述

200年来，润湿现象作为科学研究引起了科研工作者很多关注，特别是近年粉体科学，纳米科学的发展，为润湿现象的研究提供了更广泛的学术氛围。1805年，杨(Thomas Young)提出了杨氏三角方程为我们研究润湿现象，特别是固体材料的表面、界面现象提供了最为有用的科学工具。

但是，作为润湿现象的一种研究方法，接触角的研究长期以来一直停留在某个阶段。从仪器开发商的角度而言，上海梭伦科技基于长期服务国内外表面清洁度测试仪器应用的客户的经验，全力提升我们的研究实力，现完全自主开发了CAST3。0版本的接触角分析软件。作为软件分析的领先者，上海梭伦科技在接触角分析领域取得了举足的进步。 二、接触角分析技术所依据的成像硬件。

硬件的设计主要影响到接触角分析过程的成像效果。通常，我们认为，机械设计会影响到操作的简易性及二次污染程度。比如，是否由于手接触角样品而影响到接触角的测值；操作仪器是否会人性化等。更为关键的是光源控制和CCD与镜头的结合程度。这些是影响到接触角

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