تبسيط زاوية التلامس مع الماء: قطرة صغيرة، عالم واسع
في حياتنا اليومية، غالبًا ما نلاحظ مشاهد مثل هذه: قطرات الندى على أوراق اللوتس تكون شديدة الوضوح، مثل اللآلئ المتدحرجة، بينما تنتشر قطرات الماء على سطح الزجاج لتشكل طبقة رقيقة. يكمن وراء ذلك مفهوم حاسم في علم السطوح - زاوية التلامس مع الماء (WCA). إنها ليست مجرد مظهر بديهي للتفاعل بين سائل وسطح صلب، بل هي أيضًا مقياس أساسي لقياس قابلية تبليل سطح المادة.
ما هي زاوية التلامس مع الماء؟
زاوية التلامس مع الماء، كما يوحي الاسم، هي الزاوية عند النقطة التي يتقاطع فيها قطرة من السائل (عادة الماء) والغاز والصلب على سطح صلب مسطح وموحد. إنها الزاوية بين خط المماس لسطح السائل والغاز والسطح الصلب والسائل، وعادة ما يتم الإشارة إليها بالحرف اليوناني θ.
تحدد هذه الزاوية البسيطة ما إذا كانت المادة "محبة للماء" أو "كارهة للماء":
θ < 90°: سطح محب للماء. تميل قطرات الماء إلى الانتشار، مما يشير إلى تبليل جيد للسطح الصلب. أمثلة: الزجاج، الأسطح المعدنية النظيفة، القماش القطني.
محب للماء للغاية: θ تقترب من 0°، تتسطح القطرة بالكامل تقريبًا، وتشكل طبقة رقيقة من الماء.
θ > 90°: سطح كاره للماء**. تميل قطرات الماء إلى البقاء كروية وتنزلق بسهولة. أمثلة: أوراق اللوتس، ورق الشمع، طلاء المعاطف الواقية من المطر.
كاره للماء للغاية: θ > 150°، غالبًا ما يشار إليه باسم سطح فائق الكراهية للماء. تشكل قطرات الماء كرات شبه مثالية، وتنزلق بسهولة بالغة، وتلتقط الأوساخ من السطح - هذا هو "تأثير اللوتس" الشهير.
θ = 180°: حالة نظرية لعدم التبليل التام، والتي لا توجد أبدًا تقريبًا في الواقع.
لماذا تعتبر زاوية التلامس مهمة جدًا؟
زاوية التلامس هي أكثر من مجرد مفهوم نظري؛ إنها تلعب دورًا حيويًا في البحث العلمي والتطبيقات الصناعية.
1. نظافة السطح ومكافحة الاتساخ: الأسطح فائقة الكراهية للماء (زاوية تلامس عالية) ذاتية التنظيف. عندما تتدحرج قطرات المطر، فإنها تمتص وتحمل الغبار والملوثات بعيدًا. يتم تطبيق هذا المبدأ في طلاءات المباني الخارجية، زجاج السيارات والنوافذ، المنسوجات، والملابس الخارجية.
2. صناعات الطلاء والطباعة: في عمليات الطباعة والرش والصباغة، يجب أن يبلل الحبر أو الطلاء الركيزة جيدًا (زاوية تلامس منخفضة) لضمان توحيد الطلاء والالتصاق. يساعد قياس زاوية التلامس على تحسين هذه العمليات.
3. علم الموائع الدقيقة والرقائق الحيوية: في قنوات الرقائق ذات المقياس الميكروني، يهيمن التوتر السطحي على تدفق السائل بالكامل. من خلال التحكم بدقة في زاوية التلامس (محب للماء أو كاره للماء) في مناطق مختلفة، يمكن للعلماء التلاعب باتجاه السائل والخلط والفصل مثل تصميم الدوائر الكهربائية.
4. المواد الطبية والحيوية: تعتبر قابلية تبليل سطح الأجهزة الطبية المزروعة في جسم الإنسان (مثل المفاصل الاصطناعية والدعامات القلبية الوعائية) أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما تعزز الأسطح المحبة للماء التصاق الخلايا ونمو الأنسجة، بينما قد تقاوم بعض الأسطح الكارهة للماء امتصاص البروتين وتجلط الدم.
5. الطاقة الجديدة وأشباه الموصلات: في خلايا الوقود، تؤثر زاوية التلامس على سطح القطب على كفاءة إدارة المياه. في عملية التصوير الضوئي لتصنيع أشباه الموصلات، تؤثر قابلية تبليل المقاوم الضوئي على رقاقة السيليكون بشكل مباشر على دقة النمط.
كيف يتم قياس زاوية التلامس؟
أكثر طرق القياس شيوعًا وكلاسيكية هي طريقة القطرة الجالسة.
1. يتم استخدام محقنة دقيقة لإنتاج قطرة صغيرة ومستقرة (عادة 2-5 ميكرولتر) على سطح العينة.
2. يلتقط مقياس زاوية التلامس المزود بكاميرا عالية الدقة ومصدر ضوء صورة جانبية للقطرة.
3. تقوم البرامج بتحليل الصورة، وتناسب تلقائيًا مماسًا عند النقطة الثلاثية الصلبة والسائلة والغازية، وتحسب قيمة الزاوية.
للحصول على معلومات أكثر دقة وشمولية، يتم قياس الزاوية المتقدمة والزاوية المتراجعة في بعض الأحيان. الفرق بينهما يسمى التباطؤ في زاوية التلامس، وهو مرتبط ارتباطًا وثيقًا بخشونة السطح وعدم التجانس الكيميائي.
أبعد من الماء: تطبيقات أوسع
على الرغم من أنه يسمى "زاوية التلامس مع الماء"، إلا أن السائل المقاس لا يقتصر على الماء. اعتمادًا على التطبيق، يمكن استخدام سوائل مختلفة (مثل الزيوت والدم والإلكتروليتات) لتقييم قابلية تبليل السطح لسوائل معينة. هذا مهم بنفس القدر لمجالات مثل مواد التشحيم ومستحضرات التجميل وصناعة الأغذية.
| تفاصيل معلمات المعدات | ||||||||
| معلمات المعدات العامة | ||||||||
| الموديل | ZL-2823A | ZL-2823C | ZL-2823B | |||||
| النوع | النوع الأساسي | النوع القياسي | نوع البحث العلمي | |||||
| الحجم (الطول * العرض * الارتفاع) | 425 * 150 * 415 مم | 560 * 196 * 525 مم | 760 * 200 * 640 مم | |||||
| الوزن | 6 كجم | 11 كجم | 21 كجم | |||||
| مصدر الطاقة | ||||||||
| الجهد | 100～240VAC | |||||||
| الطاقة | 20 واط | 50 واط | ||||||
| التردد | 50/60 هرتز | |||||||
| نظام منصة العينة | ||||||||
| منصة التجربة | 120 * 150 مم | 120 * 150 مم | 160 * 200 مم | |||||
| حركة المنصة | يدوي | يدوي (يمكن ترقيته إلى تلقائي) | ||||||
| نطاق حركة المنصة | 60 * 35 * 80 مم | |||||||
| أقصى عينة | 180 مم × ∞ × 30 مم | 250 × ∞ × 60 مم | ||||||
| إمالة المنصة | ----- | منصة إمالة يدوية (اختياري) | منصة إمالة يدوية (اختياري) | |||||
| تعديل مرحلة العينة |
تعديل أمامي وخلفي يدوي، شوط 60 مم، دقة 0.1 مم تعديل يسار ويمين: يدوي، شوط 35 مم، دقة 0.1 مم تعديل لأعلى ولأسفل يدوي، شوط 80 مم، دقة 0.1 مم |
|||||||
| نظام الاستحواذ | ||||||||
| الكاميرا | U2.0 | U3.0 | ||||||
| نوع العدسة | عدسة مجهر HD | عدسة مجهر HD | عدسة مجهر عالية الدقة | |||||
| تكبير العدسة | 6.5 مرات | 8 مرات | 10 مرات | |||||
| تكبير/تصغير | -- | -- | ±3 مم | |||||
| أقصى سرعة تصوير | 25 إطارًا في الثانية | 50 إطارًا في الثانية | المزيد من النماذج المتاحة | |||||
| تعديل العدسة الأمامية والخلفية | 10 مم | 30 مم | 30 مم | |||||
| تعديل إمالة العدسة | -- | -- | ±10° | |||||
| نظام الكاميرا | ||||||||
| أكبر صورة | 3000(H)×2000(V) | 4000(H)×3000(V) | 5000(H)×4000(V) | |||||
| أقصى معدل إطارات | 70 إطارًا في الثانية | 120 إطارًا في الثانية (يمكن ترقيته إلى معدلات إطارات أعلى) | 200 إطارًا في الثانية (يمكن ترقيته إلى معدلات إطارات أعلى) | |||||
| المستشعر | SONY 1/1.8" | |||||||
| الطيف | اللون الأسود والأبيض | |||||||
| ROI | تخصيص | |||||||
| إظهار عرض الخط | تخصيص | |||||||
| وقت التعرض | تخصيص | |||||||
| مصدر الطاقة | واجهة USB 5 VDC | |||||||
| الإرسال | USB3 Vision | |||||||
| نظام الحقن | ||||||||
| عينة الإسقاط | يدوي (يمكن ترقيته إلى تلقائي) | يدوي (يمكن ترقيته إلى تلقائي) | شفط وحقن أوتوماتيكي | |||||
| مبلل | يدوي | يدوي | يدوي (يمكن ترقيته إلى تلقائي) | |||||
| تحديد ارتفاع التلامس الرطب | يدوي | يدوي | يدوي | |||||
| دقة الإسقاط | 0.2 μL | 0.1μL | نظام نانولتر قابل للترقية | |||||
| طريقة حركة حقن السائل | يدوي | يدوي | يدوي (يمكن ترقيته إلى تلقائي) | |||||
| شوط حركة حقن السائل | 40 * 10 مم | 50 * 50 مم | 50 * 50 مم | |||||
| التحكم في الحقن | نوع المقبض اليدوي | نوع المقبض اليدوي | الرقمنة البرمجية | |||||
| المحقنة | محقنة محكمة الغاز عالية الدقة | |||||||
| السعة | 1000μl | 100μl/500μl/1000μl (500μl قياسي) | ||||||
| الإبرة | إبرة فائقة الكراهية للماء من الفولاذ المقاوم للصدأ بالكامل 0.51 مم (تكوين قياسي) | إبرة فائقة الكراهية للماء من الفولاذ المقاوم للصدأ بالكامل 0.51 مم (تكوين قياسي) | ||||||
| نظام مصدر الضوء | ||||||||
| مصدر الضوء | مربع LED | دائرة LED | التركيز على LED | |||||
| الطول الموجي | 450-480 نانومتر | 450-480 نانومتر | 450-480 نانومتر | |||||
| مجال الضوء | 40 مم × 20 مم | Φ50 مم | φ50 مم | |||||
| بقعة الضوء | 96 كبسولة تركيبة مكثفة | |||||||
| الحياة | 50000 ساعة | 50000 ساعة | 50000 ساعة | |||||
| البرمجيات | ||||||||
| نطاق زاوية التلامس | 0～180° | |||||||
| الدقة | 0.01° | |||||||
| طريقة قياس زاوية التلامس | تلقائي بالكامل، شبه تلقائي، يدوي | |||||||
| طريقة التحليل | طريقة إيقاف التنقيط (حالة 2/3)، طريقة التقاط الفقاعات، طريقة الإسقاط | |||||||
| طريقة التحليل | التحليل الثابت، التحليل الديناميكي المتزايد والمتناقص للسائل، التحليل الديناميكي للترطيب، التحليل في الوقت الفعلي، التحليل الثنائي، تحليل الزاوية المتقدمة والمتراجعة | |||||||
| طرق الاختبار | طريقة الدائرة، طريقة القطع الناقص/القطع الناقص المائل، طريقة الدائرة التفاضلية/القطع الناقص التفاضلي، Young-lapalace، طريقة العرض والارتفاع، طريقة المماس، طريقة الفاصل الزمني | |||||||
| طاقة السطح الحرة | ||||||||
| طرق الاختبار | Zisman, OWRK, WU, WU 2, Fowkes, Antonow, Berthelot, EOS, عمل الالتصاق، عمل الترطيب، معامل الانتشار | |||||||
| معالجة البيانات | ||||||||
| طريقة الإخراج | يتم إنشاؤه تلقائيًا، ويمكن تصدير/طباعة تنسيقات تقارير متعددة مثل EXCEL و Word والأطياف وما إلى ذلك. | |||||||
الخلاصة
قطرة ماء صغيرة تبدو بسيطة، عندما تستقر على سطح المادة، تصبح نافذة لنا للتعمق في خصائص السطح المجهرية. زاوية التلامس، وهي معلمة بسيطة ولكنها قوية، تربط بين البحث الأساسي والتكنولوجيا المتطورة. من "تأثير اللوتس" المعجزة في الطبيعة إلى الرقائق النانوية عالية التقنية، فإن قيمتها منتشرة في كل مكان. إنه يذكرنا بشدة بأن العديد من الاكتشافات العلمية العظيمة غالبًا ما تبدأ بالملاحظة الدقيقة والتفكير العميق في الظواهر العادية من حولنا.
اتصل شخص: Ms. Fiona Zhong
الهاتف :: +86 135 3248 7540
الفاكس: 86-0769-3365-7986
