接觸角測量儀用于超高溫熔體接觸角及表面張力測試時(shí)的選購及技術(shù)要點(diǎn)

上海梭倫作為美國科諾戰(zhàn)略投資公司，連續(xù)9年三屆被上海市科委認(rèn)定為上海市。在引進(jìn)美國科諾技術(shù)，特別是阿莎算法以及TOF相機(jī)、超遠(yuǎn)工作距離鏡頭后，上海梭倫成為了目前為止*可以真正實(shí)現(xiàn)超高溫條件下測試熔體樣品的接觸角，特別是表面張力的儀器提供商。目前成熟技術(shù)的方案高溫度可達(dá)2200攝氏度，真空度可達(dá)10^-4pa。

超高溫接觸角測量儀及表面張力儀以來的制約技術(shù)包括：

1、顯微鏡的工作距離所限。

2、軟件算法所限。

3、測值精度受密度影響較大。密度測量儀器的技術(shù)發(fā)展滯后所限。

4、管式爐技術(shù)發(fā)展所限。

一、顯微鏡的工作距離所限：

目前為止，顯微鏡在32mm視野范圍 約0.3倍放大倍率情況下，通常的工作距離為360mm左右。而部分鏡頭廠商雖可以提供970mm左右的顯微鏡，但此時(shí)視野范圍高達(dá)80mm。放大倍率極低。無法實(shí)現(xiàn)高精度的體積計(jì)算以及接觸角和表面張力計(jì)算。

上海梭倫在美國科諾的支持下，引進(jìn)了工作距離可達(dá)2米左右的超高清鏡頭，成像的放大倍率可達(dá) 400倍，小分辨率達(dá)接近4um，是真正可用于超清條件下像表面張力和接觸角這樣的高精度分辨率要求。

在顯微鏡頭解決的前提下，第四項(xiàng)技術(shù)限制也變得迎刃而解了。通常的情況下，高溫管式爐，特別是帶觀察窗戶的管式爐，由于散熱等需要，通常加熱區(qū)與管口的距離均比較遠(yuǎn)。大部分的情況下均為1米甚至更遠(yuǎn)。因而，達(dá)到顯微鏡要求的常非規(guī)360mm左右的鏡頭是無法滿足要求的。而1000mm工作距離的鏡頭因其放大倍率不夠，同樣也無法滿足要求。

而只有美國科諾的超遠(yuǎn)工作距離鏡頭可以實(shí)現(xiàn)如上的非常苛刻的測試條件要求，即：焦距遠(yuǎn)，放大倍率高（將米粒放大至少為顯示屏幕的1/3）。

二、軟件算法所限：

目前為止，大部分商業(yè)化的接觸角測量儀器提供商均只能夠提供測量接觸角的儀器。而事實(shí)上，僅就接觸角測量而言，從界面化學(xué)分析角度而言，通常這些商業(yè)化的儀器也是不符合要求或不是真正意義上的接觸角測量。理由在于：

1、通常的高溫熔體接觸角測量采用的算法為WH法或θ/2，圓擬合法以及橢圓擬合法。其中，WH法或θ/2，圓擬合法均要求的液滴精度控制，有球冠的假設(shè)。而高溫熔體接觸角測量時(shí)，量是無法控制的，接觸角值是多變的。因而，此時(shí)要求有很高的重復(fù)性或數(shù)據(jù)的可對比，顯然是一種苛求。而橢圓擬合法也是同樣道理，雖然擬合度（擬合線與液滴輪廓線）有所提高，但是，接觸角測量是界面化學(xué)所涉及的內(nèi)容，橢圓除了本身也要求有液滴量重復(fù)性的控制要求外，同時(shí)測量的液滴形態(tài)的符合度以及軸對稱性也有要求，橢圓擬合僅僅是簡單的數(shù)學(xué)測量工具，是一個(gè)顯微鏡量角度的工具。

而真正意義上的接觸角分析，應(yīng)該是與界面化學(xué)相關(guān)，目前被人士所廣泛接受的算法為Young-Laplace方程擬合法。在眾多的Young-Laplace方程擬合法中，阿莎算法（ADSA）為為的算法，其主要體現(xiàn)為可測試重力影響下的左、右非軸對稱條件下的接觸角值，并進(jìn)而分析得出基于表面化學(xué)多樣性、粗糙度修正后的本征接觸角值。

同時(shí)，阿莎算法提供了約束停滴法，為目前為止*可用于測量熔體表面張力的為方便的方法。另一種方法為懸滴法，因而本身針頭設(shè)計(jì)以及密度控制（真正密封）非常難，目前暫沒有被廣泛推廣。

如上阿莎算法以及約束停滴法的實(shí)現(xiàn)，是超高溫接觸角及表面張力測量以來的瓶頸。

三、密度測量所限：

目前，商業(yè)化的超高溫密度計(jì)不是很多。且，如果為了測量表面張力額外采購一臺(tái)密度計(jì)也是對于用戶的成本的增加。阿莎算法可以真正測量得到超高溫條件下的密度值，并將密度值參與運(yùn)算。因而，上海梭倫超高溫熔體接觸角測量儀及表面張力儀是目前為止較科學(xué)、的分析儀器。

四、管式爐技術(shù)發(fā)展所限：

目前商業(yè)化的超高溫接觸角測量儀大部分是采用了專門設(shè)計(jì)的短長度管式爐。由于爐子工作區(qū)與管口距離較短，通常情況下的散熱處理、壽命等均成為主要問題。同時(shí)，應(yīng)用范圍變得非常小，只能用于測量接觸角或表面張力，無法進(jìn)行常規(guī)的超高溫條件下的其他實(shí)驗(yàn)，成本相對而言較高

上海梭倫引進(jìn)的超長焦鏡頭從源頭上根本解決了如下問題：

1、可以采用各種標(biāo)準(zhǔn)的管式爐，甚至可以直接使用現(xiàn)有的管式爐，或進(jìn)行簡單的升級(jí)管式爐至帶觀察窗的法蘭，即可完成測量要求。成本非常低。

2、可以適用各種標(biāo)準(zhǔn)爐后，可以正常運(yùn)用爐子進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，同時(shí)通過提供的實(shí)時(shí)觀測系統(tǒng)（鏡頭、相機(jī)、軟件），完成以往管式爐運(yùn)用中一直沒有完成的工作。一石多鳥。

綜合如上而言，上海梭倫提供的超高溫熔體解決方案包括：

1、提供壹套專門的超長焦鏡頭及其控制系統(tǒng)，成本價(jià)約為20萬左右人民幣；

2、提供壹套的常規(guī)接觸角測量系統(tǒng)，包括進(jìn)液系統(tǒng)，樣品臺(tái)系統(tǒng)，成本價(jià)約為3萬元左右；

3、提供壹套阿莎分析軟件，用于熔體表面張力和接觸角測量；

4、采用自已的管式爐，或升級(jí)管式爐的法蘭至帶觀察窗法蘭；約1萬元以內(nèi)；

5、采用真空泵以及冷水機(jī)；約10萬元；（含分子泵）

6、如上4、5項(xiàng)采購時(shí)，建議采用中國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管式爐，成本價(jià)約8萬元左右（1750度）

如需要相關(guān)，請與我們的工程師。

如上技術(shù)方案文檔資料由上海梭倫及美國科諾擁有版權(quán)。未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。侵權(quán)必究。