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(diǎn)處由其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)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(gè)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(shù)（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(xué)性質(zhì)。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(yīng)的體積大小。

Young-Laplace擬合技術(shù)以及ADSA™界面化學(xué)分析系統(tǒng)CAST®3.0

本系統(tǒng)通過攝錄下單張或基于時(shí)間變化的多張液滴（Drop）或氣泡（Bubble）的圖像，采用亞像素級(jí)的圖像識(shí)別技術(shù)分析所捕捉到的圖像中的關(guān)鍵信息如圖像邊緣等，利用有限的如密度、重力加速度、時(shí)間等參數(shù)，通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析模型（Young-Laplace方程曲線擬合），將液滴輪廓邊緣曲線與數(shù)學(xué)模型分析得出的的理論曲線通過特殊圖像曲線擬合技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，進(jìn)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(xué)參數(shù)。

我們團(tuán)隊(duì)的核心技術(shù)正是在于通過近30年的努力，將Young-Laplace方程曲線（ADSA™技術(shù)）的擬合技術(shù)充分應(yīng)用到界面化學(xué)性質(zhì)的分析中來。

γ(1/R_1 +1/R_2 )=Δρgz+2γ/b

典型應(yīng)用領(lǐng)域

- 油田行業(yè)三次采油，比如三元、二元驅(qū)開發(fā)，二氧化碳驅(qū)等

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

- 表面活性劑開發(fā)

結(jié)構(gòu)示意圖：

  產(chǎn)品特色

一、技術(shù)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(jù)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(jìn)樣，形成一個(gè)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、更為專業(yè)、操控更方便的機(jī)械結(jié)構(gòu)

1、提供三維（XYZ）鏡頭以及相機(jī)高精度位移平臺(tái)，以利于更方便的控制成像；

2、提供相機(jī)二維水平調(diào)整功能，以利于更好的查找基線；

3、專業(yè)的背景光傾斜調(diào)整平臺(tái)，以利于更好的成像；

三、更加清晰、速度更快的成像系統(tǒng)

1、采用了的輪廓鏡頭，成像更清晰，輪廓更明顯；

2、6.5倍工業(yè)連續(xù)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(duì)成像系統(tǒng)的影響；

4、引用了德國高速攝像機(jī)，速度達(dá)高達(dá)87幀/秒（WVGA制式）－340幀/秒（GIF）

三、世界的界面化學(xué)分析系統(tǒng)CAST3.0

1、應(yīng)用更為廣泛

可用于測試停滴法（Sessile drop）和氣泡捕獲法（ Captive bubble）時(shí)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(shí)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(qū)別于選面法（Select plane）技術(shù)條件下的Young-laplace擬合技術(shù)，真實(shí)液滴法（RealDrop™）無經(jīng)驗(yàn)值標(biāo)定，采用AFLI技術(shù)以及第四代真實(shí)液滴法技術(shù)，測值精度更高。

（2）的液-氣和液-液界面張力測試系統(tǒng)，我們?yōu)槟峁┗贐ashford-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(dòng)態(tài)表面/界面張力測值、振蕩滴(oscillating drop)測試。

3、更強(qiáng)大的分析測試功能

（1）6種分析液滴形態(tài)：

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

（2）7種計(jì)算接觸角方法、約20種曲線擬合技術(shù)：

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

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

－ 分析前進(jìn)/后退角，滾動(dòng)角值；

－ 分析不規(guī)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）的固體材料可潤濕性包絡(luò)圖（Wetting Behavior Analysis / wetting envelopes，WBA）技術(shù)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）的錄相功能，可將測值過程錄相為AVI格式，以供使用。

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

4、更加全自動(dòng)、人性化、高精度的功能設(shè)計(jì)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化的視頻工作模式，兼容性更好。

標(biāo)準(zhǔn)化的視頻工作模式設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多種接觸角儀主機(jī)系統(tǒng)的無縫升級(jí)，可應(yīng)用于世界多種接觸角分析儀主機(jī)系統(tǒng)，讓你充分享受CAST®3.0軟件技術(shù)帶來的便利性。

（2）實(shí)時(shí)圖像分析技術(shù)

可自動(dòng)分析基于時(shí)間變化的界面張力/接觸角/體積/潤濕線等，且圖像與數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，可重復(fù)調(diào)出測試圖像進(jìn)行二次數(shù)據(jù)分析。

（3）自動(dòng)水平線（Base line）技術(shù)，曲面修正技術(shù)

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(shù)的曲面校正方法，操作更方便，測值更精確。

（4）“雙軟件觸發(fā)技術(shù)”，可以分析各種復(fù)雜的動(dòng)/靜態(tài)接觸角值：

CAST®3.0的雙軟件觸發(fā)技術(shù)，可以用于分析簡單的靜態(tài)接觸角，也可以分析前進(jìn)/后退角，滾動(dòng)角，隨時(shí)間變化（標(biāo)準(zhǔn)版本為25張/秒，可選購更高速度的相機(jī)）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(zhì)的零時(shí)間點(diǎn)接觸角值。應(yīng)用范圍更廣，測值更精確。

（5）更為人性化的操作界面：

－ CAST3.0采用新一代向?qū)讲僮鹘缑?，每?xiàng)操作的設(shè)置均由后臺(tái)自動(dòng)完成，你只要按“上一步”或“下一步”，根據(jù)軟件的提示，就可以將復(fù)雜的接觸角、表面自由能分析等交與我們的軟件工作了，結(jié)合我們多達(dá)140頁左右的詳細(xì)操作手冊，無需更多的專業(yè)培訓(xùn)，你就可以輕松上陣了。

－ 基于Unicode技術(shù)的軟件界面設(shè)計(jì)，全中文操作界面，讓你使用更為方便。

（6）全自動(dòng)分析接觸角值、粘附功、表面自由能值：

－ 真正的全自動(dòng)：你只要按測試，軟件自動(dòng)將圖像捕獲、接觸角計(jì)算、保存數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)顯示測值數(shù)據(jù)等各分步動(dòng)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(jìn)行測試數(shù)據(jù)的調(diào)整并保留調(diào)整記錄，以避免自動(dòng)測值誤差的存在。

－ 實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)，而無須另行特別計(jì)算。

（7）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能

－ 強(qiáng)大的液體庫數(shù)據(jù)

提供多達(dá)300種液體、800個(gè)液體表面張力及其分量數(shù)據(jù)，可以直接作為參考數(shù)據(jù)引用，也可以更快捷的分析固體表面能及其分量。

－ 強(qiáng)大的測值數(shù)據(jù)庫管理功能，可以更方便的保存數(shù)據(jù)以及查詢、導(dǎo)出數(shù)據(jù)：

－ 基于Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為您提供強(qiáng)大的：

實(shí)時(shí)保存測值數(shù)據(jù)并建立索引；測試數(shù)據(jù)與圖片一一對(duì)應(yīng)，選中數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，對(duì)應(yīng)圖片自動(dòng)顯示出來；歷史數(shù)據(jù)查詢功能；歷史數(shù)據(jù)人工修改功能；歷史數(shù)據(jù)備份、導(dǎo)入功能；數(shù)據(jù)庫壓縮功能等。測值數(shù)據(jù)可導(dǎo)出功能，全面提升數(shù)據(jù)的可用性；

－ 所有測值數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出為EXCEL文檔以及BMP標(biāo)準(zhǔn)格式圖片文件，以方便您將數(shù)據(jù)寫入各種科學(xué)文章和測試報(bào)告中去。