TW200303418A - Indirect measurement of the surface contact angle of liquids - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 敘述 本發明係關於一種決定固體、平面表面及液滴間的接觸 角之方法。 在表面及液滴間的接觸角為關於液體的表面潤濕特性的 測量’這些潤濕特性最後為表面會多快變髒或再清潔該表面 會多容易的量度。已特別為此目的發展的接觸角測量裝置一 般用來測量該接觸角。製造這些測量裝置的公司實例為 ”0EGff或” Kruss”。這些測量裝置使用一種傳統及直接方法， 其係基於要施用於固體的液滴及要被分析的平面表面。液滴 由一侧照光且使用顯微鏡或攝影機由另一側觀察，再以兩種 不同方式進行實際上的測量： 1 ·，顯微鏡的光束路徑，一種機械角度—測量裝置在與 表面相交點靠著液滴的圓形部份被切線地放置，且角 度讀出。 2.使 程式係使 面形成一 份，且在 接觸 此目的的 外，這些 性。若使 影機的協 射而造成 用程式 用圓形 相交點 該切線 角之直 裝置必 測量為 用者為 助之半 。反射 評估由 部份來 。在此 及該水 接測量 須為高 非常耗 未受訓 自動測 可欺騙 攝影機得 敘述液滴 相交點， 平承載面 合併使用 度正確設 日守的且在 練的，此 量亦具其 測量裝置 到的影像，在此情況下，此 影像’圓形部份與水平承載 程式施以一切線於該圓形部 間的角度被測量。 這兩種測量方法， 計’此使得此裝置 使用者部份亦需要 可能導致測量誤差 他缺點，此乃因接 的軟體且結果此方 因此用於 昂貴。此 高度準確 。使用攝 觸面的反 法亦有局

200303418 五、發明說明（2) 度手工操作組件。 &而且i液滴接觸角係與液滴形狀、或液滴的承載面（6 ^形狀高度相關。在橢圓液滴形狀的下 2而與觀察方向有關。為決定真正的接觸角，=由？ i ^ ΐ Ϊ生—個平均值，然而，已討論的測量裝置及方法僅 在Ik機方向考慮一個接觸角。 本發明目的係基於提供一種間接決定接觸角的方法，其 =決定的參數，且在此方法中避免習知方法所具有的 糸統測1的不確定性。 根據本發明方法有利地使用液滴的已知體積、液滴的承載面 ^接觸角間的幾何關係。具已訂定體積的液滴被施用於要被 分析的表面，故該體積可被假設為已知且可被用於 進一步計算。 女卿月的 根據本發明方法較先前方法的優點可被摘要如下： 、1· ’則里裝置的沒计為不昂貴的，因極昂貴及精密的機 械結構被免除不用。 2 ·測量可在液滴已被施用後，使用影像評估方 自動進行。 々次馬上 3 ·测量可非常快速且有效地進行，且其亦可能在施用 於表面不同位置的許多相同尺寸液滴之測量產生一個平均 值’每一個個別液滴的接觸角可藉由合適評估程式來決定且 接觸角的平均值可使用液滴數目決定之。此增加测量的2 性而不需更多時間。 、 4·在測量中，與圓形面積不同的承載面被近似為圓形 1麵

第5頁 200303418 五、發明說明（3) 面積，此自動地自所有觀察方向產生平均接觸角。 本發明的其他有利構造敘述於次專利申請範圍。 中：本發明參考圖式及基於示例具體實施例說明於下。圖式 指紋感應器表示影像感應器的實例，其 特性為已知。這些感應器一般假設要被 紋 器表面直接接觸。因此，原則上不可能防止❹；=應 m而由手指所釋出的汗及其他物質的混合物而逐： 被 >可相，此污損對由感應器所反映的紋路之品質有負面与新 響。因此，目的為使感應器表面變得污染的傾向最小及g 感應器表面的清潔。此性質的品質係直接與關於二 潤濕特性相關。這些潤濕特性藉由液滴及平面、固體表面間 的接觸角而被敘述。此接觸角被定義於第4圖，在此圖中，曰 液滴2被置於感應器4的接觸表面3，液滴的形狀理想地代表 球的一部份’在球的該部份及接觸表面3間的相交點，切線5 被施於液滴，在承載面6及切線5間的角度即為接觸角1。、 接觸角的計算係基於液滴可藉由球的一部份來敘述之假 設，故下列數學關係式（其被敘述於第1圖）應用於接觸角又 0 1、液滴體積V及圓形半徑r。 自液滴承載面面積（其被近似為圓形面積）得到的半徑 r亦依循液滴形成球的一部份之假設，第1圖得自第2圖所述 的接觸角P 1的關係式。 本發明的延伸有利構造提供要被測量的表面上液滴的承 載面可藉由影像感應器決定。感應器表面理想地代表要被測

第6頁 200303418 五、發明說明（4) 量的表面，故承載面的半徑 由液滴的承載面所覆蓋）及I 曰由像素的已決定數目N (其 而被自動決定。此觫於疮〜像感應器的解析度間的關係式 係式表示於第3圖。又&為每單位長度的像素數目，此關 第3圖將任何所欲承載面 利地產生在由橢圓形液滴；^為相同面積的圓形，此有 觸角1，0此，不需要由液、、“成广整個承載面6上的平均接 離）的η個方向進行：：，：：：（其承載面與圓形形狀偏 形成一個平均值，此足以-ΛΓ量不Λ自面所有測量所得結果 已訂ί 2 = Ϊ1，微量吸管被使用以施用已訂定尺寸或 第2圖Λ Λ 感應器表面。在影像評估程式及敘述於 圖的關係式之協助下，平均接觸角 決定，此包括 依序經由下列步驟： 1 ·種測i影像的影像灰階統計表被自動使用以作動承 载面6及影像背景間的分離。 、2·該影像的連續液滴區域被決定及連續編號，在此方 法，太小的區域被捨棄。 ^ 3·承載面6、液滴及相關半徑r以使用第3圖所示公式決 ^ ’且以此方式每一個液滴的平均接觸角被決定。第6圖顯 =使用相同體積的四個液滴的實例之感應器影像。 第2圖表示具第5圖各種液滴體積v的0(r)之圖顯示接觸角 ()及圓开7承載面（6 )的半徑間清楚的關係式。此表示接 觸角Φ (1 )為四個不同液滴體積的半徑r的函數。每一個例 子的結果為強烈單調曲線。此表示接觸角清楚的與承載面的 200303418 五、發明說明（5) 圓形半徑相關連。 根據本發明方法受限於測量液滴的尺寸，若測量液滴太 大，它們的形狀及尺寸的增加無法再被近似為球。若它們太 小，因考慮影像感應器的解析度，根據本發明方法的測量不 準度增加。所敘述示例具體實施例的理想液滴尺寸為3至5微 升0

第8頁 200303418 圖式簡單說明 第1圖顯示接觸角0 ( 1 )、液滴體積V及承載面（6 )的圓形 半徑r間的數學關係式。 第2圖顯示接觸角0 (1)的公式。 第3圖顯示使用具解析度a及許多覆蓋像素N的影像感應器計 算承載面（6 )的圓形半徑r之公式。 第4圖顯示接觸角的定義。 第5圖顯示不同液滴體積的特性曲線。 第6圖顯示四個測量液滴的感應器影像。

元件符號說明 3 接觸表面 6 承載面 1接觸角 2液滴 4感應器 5 切線

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Claims (1)

1. 200303418 六、申請專利範圍 1. 一種決定固體、平面表面及位於此表面的液滴間的接觸 角之方法’其中具已知體積的液滴之承載面的尺寸增加被用 來決定該接觸角。 滴之

   R根據申請專利範圍第i項的万法，其中該液滴之承澤 尺寸增加係使用影像感應器來決定。 承栽根面據由前相述專利範圍中任-項的方法，其中該液 秋面由相同面積的圓表示。 尺寸 4 ·根據申請專利範圍第3 加係由影像感應器之一定、的方法，其中該承載面的 義解析度的像素數目決定之