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      1. SurfaceMeter™ 軟件

        在接觸角測量和表面張力/界面張力測量領域,儀器的設計理念、選擇的零部件質量和加工/制造工藝保證了測量儀器的外部條件,并為進行(準確可靠+操作簡便)的測量奠定了物質(硬體)基礎。但實驗測量數據需要通過軟件的介入才能獲得,軟件是整個測量系統的靈魂和大腦,其功能和性能最終決定了在現有的硬體基礎上通過測量能夠獲得的信息量,以及它們的精度和準確性(而這二者尤為重要)。再者軟件在很大程度上也決定了測量的速度和舒適性(人性化)。

        SurfaceMeter™軟件建立在以完成準確測量為中心的基礎上,所有的一切都是以輔助完成指定的測量任務為目的。同時,SurfaceMeter™軟件也始終不忘它源自科學研究的歷史,深知科研領域涉及的樣品以及需要完成的測量任務與生產領域之間的區別和差異:在工業生產領域通常進行一些重復性的測量,在這里標準操作程序(SOP)非常受到重視;但在科學研究中更常遇到的是各種各樣的樣品,希望對其進行各類測量,而不止局限于尋常的靜態接觸角或表面自由能的簡單測量,而且把獲得新的認識放在第一位。所以這就要求軟件需要二者兼顧。

        SurfaceMeter™軟件在這一領域,開創了許多唯一性,主要表現在以下幾方面(但不包括全部)。

        1. 準確、自動檢測液滴與固體表面三相交界線(基線 / baseline)的能力: 無需任何輔助線,甚至在表面上放置液滴前就能夠實現,不管接觸角多大;

        2. 準確檢測液滴輪廓的能力:采用亞像素(sub-pixel)精度檢測液滴輪廓坐標,相當于把相機的分辨率成倍提高;能夠自動排除不屬于液滴輪廓的背景點(不需要任何輔助線的幫助);

        3. 準確、可靠的Laplace-Young擬合方法,通過對上面檢測到的液滴全輪廓進行分析、計算,可以準確測量任何角度的軸對稱液滴的接觸角。對于比較理想的液滴(比如對多數接觸角較大的液滴)還可以同時計算出液滴當時的表面張力或界面張力。

          Laplace-Young擬合(大角度)Laplace-Young擬合(小角度)圖1:無論角度多大,如果液滴基本上符合軸對稱性,都可以通過Laplace-Young方程擬合法得到準確、可靠的接觸角值。

        4. 準確、可靠、獨特的TrueDrop™計算方法:一種單一的測量計算法,適用于幾乎所有形狀的液滴,也是目前唯一的可以準確分析計算當液滴在增大/縮小過程中(動態接觸角的測量),或處于傾斜狀態下(傾斜臺法,接觸角和三相接觸點位置),以及處于離心力作用下(旋轉液滴法),呈現明顯非對稱形狀時的方法。這一方法當然也對軸對稱性液滴適用。

          TrueDrop方法(測量前進角)TrueDrop方法(傾斜的液滴)TrueDrop方法(旋轉盤上的液滴)圖2:采用TrueDrop™計算方法測量非對稱液滴的接觸角值

        5. 真正接近于零度的接觸角值的準確測量方法:甚至可以對不少生產、制造領域中的平面(如顯示板,玻璃等)進行全自動測量。

          超低接觸角圖3:超低接觸角準確測量法

        6. 出色的基于俯視測量法原理的接觸角/潤濕性和相關現象的表征技術。在強大的液滴圖像檢測技術和準確、可靠的加液技術(包括非接觸加液技術)的輔助下,基于Laplace-Young液滴模型的高速俯視測量法適合于全范圍、所有液體的接觸角值的準確測量,尤其對于超低接觸角值樣品、大面積樣品、復雜形貌樣品、樣品表面的高(位置)分辨率接觸角/表面能分布測繪以及實時/在線測量等,這一方法的優勢更是顯而易見。

          對于下圖這樣不規則的液滴(而這樣的液滴在許多實際樣品表面上,當接觸角值低于約50°,時??梢杂^察到)顯然通過俯視法測量得到的平均或有效接觸角值,比通過側面法獲得的單個截面的值,更有代表性和說服力。

          俯視法測量接觸角圖4:俯視法測量樣品表面明顯不對稱液滴的平均接觸角值

          下圖顯示的是對大面積樣品表面的高密度接觸角分布測繪模板,液滴之間的間距分別為10(垂直方向)/ 9.8(水平方向) mm。圖中的紅點表示液滴測量位置,紫色面積表示樣品平面。

          俯視法測繪模板圖5:俯視法測量大面積樣品表面的測繪模板

        7. 獨創的固體表面自由能測量模板。為了進一步簡化日常重復進行的表面自由能測量過程,減少操作人員的工作強度,減少出錯的機會,提高測量速度和測量結果的可重復性,我們引入了表面自由能測量模板。它不但能夠引導用戶的具體操作,而且能夠準確、可靠地判斷已經完成/實現的步驟,從而自動地進入下一個測量步驟:引導但不強求。

          SFE測量模板圖6:固體表面自由能測量模板

        8. 當前市場上最準確、成熟、自動化程度最高的基于懸滴分析的表面/界面張力測量方法。以及在此基礎上,通過與其它自動化組件的緊密結合,發展起來的多種目前市場上唯一的光學檢測法,包括全自動懸滴分析動態表面/界面張力儀,全自動懸滴分析臨界膠束濃度測量系統,全自動懸滴分析組成篩選系統,全自動懸滴分析實時表面活性/表面活性劑濃度監測系統等。

          懸滴法測量水的表面張力圖7:用懸滴法測量水的表面張力,顯示出測量結果的高度穩定性

          下圖是在一正己烷液相中形成的一水滴(懸滴),用來測量水/正己烷-體系的界面張力。圖中的綠線表示理論計算得到的液滴輪廓線,它與實際得到的液滴圖像輪廓之間的縫合程度展現出擬合結果的準確性。

          水/正己烷-體系界面張力圖8:水/正己烷-體系界面張力的測量

        9. 我們采用的懸滴分析、計算法,不但準確、可靠,而且高速:能夠實現每秒鐘10次以上的分析計算,使得軟件可以實時地監視懸滴的狀態,通過結合相應的硬件(如加液裝置)對懸滴進行準確控制和調制:控制/調制其體積/表面積恒定或按一定的模式變化,控制/調制懸滴在測量過程中始終處于理想的體積范圍,以確保測量結果的準確性。

        10. 軟件與硬件之間的緊密結合:通過軟件實現對硬件的自動控制不僅僅是指可通過點擊按鈕來控制移動動作,更多地在于將它充分、和諧地結合到測量任務中去:相機的分辨率和速度/自動液體分配單元/自動樣品傾斜臺/自動樣品升降臺等各種自動組件,被緊密地嵌入到軟件和測量步驟中,可以預設運動方向、速度、持續時間、起始運動時間點和每一步前后的時間延遲,以及測量事件觸發點。后者又可與用戶定義的測量任務掛鉤,得以在指定的時間或事件點自動啟動指定的測量任務(如批量實時計算或錄像等)。軟件還為自動加液裝置預設了6個加樣模式和多種鎖定模式,這樣一來,使得許多復雜的測量任務往往可通過單次點擊來實現。這具體表現在:

          • 一鍵式(靜態)接觸角/表面自由能的測量(與非接觸式自動加液裝置相結合時);

          • 一鍵式全自動前進/后退角的測量

          • 一鍵式全自動傾斜臺測量操作

          • 一鍵式全自動表面張力的測量

          • 一鍵式全自動臨界膠束濃度CMC的測量

          • ...

        通過測量我們想獲得盡可能多的信息,而對于獲得的信息我們首先要求它們準確、可靠,否則得到的信息不但對我們的工作毫無幫助,甚至造成破壞或帶來損失。所以追求測量的準確以及在此基礎上不斷地引入新穎、獨特的測量技術和分析、計算方法,同時盡可能地提高各種測量的自動化程度,減少工作強度,提高測量的舒適性,也將是我們未來發展的重點。


        SurfaceMeter™ 演示視頻


        雖然我們的軟件首先是為配置我們的儀器而研發的,但就測量、計算方法而言,它也可以支持多數的其它儀器。而且我們也已經擁有不少用戶,他們購買了其它廠家的儀器,但后來更換采用我們的軟件。軟件也可以被應用于多數進口儀器上,而且能夠直接支持不少公用的硬件。所以有意向的用戶可以與我們聯系。