如何在高溫高壓條件下測試接觸角和界面張力值

在固體水平平面上滴上一滴液滴，在固體表面上的固－液－氣三相交界點處由其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時所形成的角稱為接觸角。

1、高溫高壓條件下的接觸角測試：通常情況下，油滴或水滴液滴的形狀受重力影響而不形成一個球冠，常用方法如θ/2法或圓擬合法通常不能用于分析這種條件下的接觸角值， 這種有重力影響的接觸角的測量通常采用Young-Laplace擬合技術（ADSA™）。

2、高溫高壓條件下的液/氣表面張力或液/液界面張力值的測試：在高溫高壓條件下，懸掛滴的外形輪廓可以用以表征其表面化學性質。采用停滴法（Constrained Sessile drop method）或懸滴法（Pendant drop method）的方法,通過分析液滴的輪廓并將使用Young-Laplace方程，就可以分析得到熔液的表面張力值及其相應的體積大小。

Young-Laplace擬合技術以及ADSA™界面化學分析系統CAST®3.0

本系統通過攝錄下單張或基于時間變化的多張液滴（Drop）或氣泡（Bubble）的圖像，采用亞像素級的圖像識別技術分析所捕捉到的圖像中的關鍵信息如圖像邊緣等，利用有限的如密度、重力加速度、時間等參數，通過復雜的數學分析模型（Young-Laplace方程曲線擬合），將液滴輪廓邊緣曲線與數學模型分析得出的的理論曲線通過特殊圖像曲線擬合技術進行優化分析，進而得出如液－氣表面張力值、液－液界面張力值、固－氣接觸角值、液－液－固三相體系接觸角值等物理化學參數。

我們團隊的核心技術正是在于通過近30年的努力，將Young-Laplace方程曲線（ADSA™技術）的擬合技術充分應用到界面化學性質的分析中來。

γ(1/R_1 +1/R_2 )=Δρgz+2γ/b

典型應用領域

- 油田行業三次采油，比如三元、二元驅開發，二氧化碳驅等

- 分析高溫高壓條件下表面張力或界面張力值 (壓力可達75Mpa，溫度可達200℃)

- 表面活性劑開發

結構示意圖：

  產品特色

一、技術的高溫高壓腔體，更安全、操控更方便

1、提供各種壓力范圍的高溫高壓腔體（10M Pa, 30M Pa, 50M Pa, 70M Pa 或定制)以滿足客戶的各種需求；

2、根據油浴情況，溫度范圍可為-30-200℃; 也有定制溫度范圍；

3、更易更換高壓管以及針頭，更易清潔腔體和樣品管，以避免二次交叉污染；

4、提供油樣加熱樣品池，以利于像原油等高粘度樣品的進樣，形成一個符合Young-Laplace方程的液滴形狀；

5、提供快速接頭，以連接惰性氣體或CO2.

二、更為、操控更方便的機械結構

1、提供三維（XYZ）鏡頭以及相機高精度位移平臺，以利于更方便的控制成像；

2、提供相機二維水平調整功能，以利于更好的查找基線；

3、的背景光傾斜調整平臺，以利于更好的成像；

三、更加清晰、速度更快的成像系統

1、采用了世界的輪廓鏡頭，成像更清晰，輪廓更明顯；

2、6.5倍工業連續變倍鏡頭，放大率0.35－4.5X，視野變化范圍更大，適合各種體積樣品測值；

3、超長工作距離鏡頭，有效避免高溫對成像系統的影響；

4、引用了德國原裝進口高速攝像機，速度達高達87幀/秒（WVGA制式）－340幀/秒（GIF）

三、世界的界面化學分析系統CAST3.0

1、應用更為廣泛

可用于測試停滴法（Sessile drop）和氣泡捕獲法（ Captive bubble）時的表面/界面張力值以及接觸角值，也可用于分析懸滴法（pendant drop）時的液－氣和液－液體系的表面/界面張力值。

2、測值精度更高

（1）區別于選面法（Select plane）技術條件下的Young-laplace擬合技術，真實液滴法（RealDrop™）無經驗值標定，采用AFLI技術以及第四代真實液滴法技術，測值精度更高。

（2）獨特的液-氣和液-液界面張力測試系統，我們為您提供基于Bashford-Adams表、龍格庫拉方程解法的兩種方法的Young-Laplace方程擬合法，可用于振蕩滴測試以及中高粘度樣品表面張力測值和表面活性劑動態表面/界面張力測值、振蕩滴(oscillating drop)測試。

3、更強大的分析測試功能

（1）6種分析液滴形態：

停滴（2、3態）、懸滴、氣泡虜獲法、插板法以及振蕩滴法，多種液滴形態均可適用；

（2）7種計算接觸角方法、約20種曲線擬合技術：

提供θ/2法、圓擬合法、橢圓擬合法、真實液滴法、Spline曲線擬合法、Young-laplace方程擬合法（第四代技術）、曲線尺法（切線法）等，適用于分析動態/靜態接觸角值。

其中，采用諸如Circle、Spline、Gaussian、Power等20種曲線擬合技術的曲線尺法，為您：

－ 分析前進/后退角，滾動角值；

－ 分析不規則角度值；

提供了可能。

（3）12種表面自由能估算模型，在估算固體材料表面自由能及其分量有了更多的選擇：

提供如Equation of State ( Neumann et al. )、Good-Girifalco、Owen-Wendt-Rabel、Simple Fowkes、Extended Fowkes、WU法1-2、Schultz法1-2、Acid-base(Van OSS & Good)、Jhu、Zizman臨界表面張力法等共12種表面自由能估算方法，不但能分析低能固體表面，也能分析高能固體表面，以及他們的分布（色散力、極性力、氫鍵值、路易斯酸堿等）。

（4）獨特的固體材料可潤濕性包絡圖（Wetting Behavior Analysis / wetting envelopes，WBA）技術可以輕松分析液體表面能分量組成以及液體在固體材料表面上的潤濕和鋪展特性等。

（5）獨特的錄相功能，可將測值過程錄相為AVI格式，以供使用。

（6）強大的Rod、Thread以及板法界面張力和接觸角測試技術，可用于分析單纖維的接觸角值。

4、更加全自動、人性化、高精度的功能設計

（1）標準化的視頻工作模式，兼容性更好。

標準化的視頻工作模式設計，可實現多種接觸角儀主機系統的無縫升級，可應用于世界多種接觸角分析儀主機系統，讓你充分享受CAST®3.0軟件技術帶來的便利性。

（2）實時圖像分析技術

可自動分析基于時間變化的界面張力/接觸角/體積/潤濕線等，且圖像與數據一一對應，可重復調出測試圖像進行二次數據分析。

（3）自動水平線（Base line）技術，曲面修正技術

可用于分析下凹面或上凸面接觸角值；且，提供基于整圓曲線擬合以及單邊任意形狀曲線擬合技術的曲面校正方法，操作更方便，測值更。

（4）“雙軟件觸發技術”，可以分析各種復雜的動/靜態接觸角值：

CAST®3.0獨特的雙軟件觸發技術，可以用于分析簡單的靜態接觸角，也可以分析前進/后退角，滾動角，隨時間變化（標準版本為25張/秒，可選購更高速度的相機）的接觸角值，更可以分析諸如粉體、纖維、紙張、人造骨膜等吸水性物質的零時間點接觸角值。應用范圍更廣，測值更。

（5）更為人性化的操作界面：

－ CAST3.0采用新一代向導式操作界面，每項操作的設置均由后臺自動完成，你只要按“上一步”或“下一步”，根據軟件的提示，就可以將復雜的接觸角、表面自由能分析等交與我們的軟件工作了，結合我們多達140頁左右的詳細操作手冊，無需更多的培訓，你就可以輕松上陣了。

－ 基于Unicode技術的軟件界面設計，全中文操作界面，讓你使用更為方便。

（6）全自動分析接觸角值、粘附功、表面自由能值：

－ 真正的全自動：你只要按測試，軟件自動將圖像捕獲、接觸角計算、保存數據以及實時顯示測值數據等各分步動作完成，而無須人工干涉；

－ 雙擊人工修改，即可方便分析圖像進行測試數據的調整并保留調整記錄，以避免自動測值誤差的存在。

－ 實時顯示諸如左右接觸角值、平均接觸角值、粘附功值、低能表面一液法表面自由能（Equation of state）估算值等有用數據，而無須另行特別計算。

（7）強大的數據庫管理功能

－ 強大的液體庫數據

提供多達300種液體、800個液體表面張力及其分量數據，可以直接作為參考數據引用，也可以更快捷的分析固體表面能及其分量。

－ 強大的測值數據庫管理功能，可以更方便的保存數據以及查詢、導出數據：

－ 基于Access數據庫管理系統，為您提供強大的：

實時保存測值數據并建立索引；測試數據與圖片一一對應，選中數據項時，對應圖片自動顯示出來；歷史數據查詢功能；歷史數據人工修改功能；歷史數據備份、導入功能；數據庫壓縮功能等。測值數據可導出功能，提升數據的可用性；

－ 所有測值數據可以導出為EXCEL文檔以及BMP標準格式圖片文件，以方便您將數據寫入各種科學文章和測試報告中去。