接觸角儀

接觸角儀原理 儀器設備簡介 實驗範例 實驗影片

儀器原理 表面現象如潤濕與吸附在應用科學與技術是十分重要之項目，這些數據可以用於改善與強化油漆與紡織之排水性以及生物材料之互溶性。另外對於表面型態學及高真空技術，多半用顯微鏡與分子光譜去研究，雖能提供極重要之協助，當方法逐漸變得更精細，儀器變得更貴時，接觸角儀似是最簡單最便宜之工具去追蹤表面清潔度與表面處理，特別是電子製造工業上。

儀器原理 表面接觸角儀是測液面在固體表面附著程度的表現，如圖一所示， γSV ：固體-氣體表面張力 γSL ：固體-液體表面張力 γLV ：液體與氣體之表面張力

儀器原理 一粒液體停留在固體表面上時，固體-氣體表面張力為γSV，液體與氣體之表面張力為γLV，固體-液體表面張力為γSL，接觸角是固體面與液滴表面之切線，它的大小量值可以用楊氏公式表示之︰ γSV- γSL = γLV cosθ

儀器原理 本實驗係利用接觸角儀測定不同濃度之各種溶液在不同底材上之接觸角，例如測定不同濃度之SDS、Triton 100等水溶液在Teflon、玻璃等底材表面上的接觸角變化，參見如圖二與圖三。 圖二 圖三 表面活性劑改變接觸角之大小，使液體更容易附著在固體表面，也幫助清潔電子材料表面，有助於良率之提昇。

儀器設備簡介 座滴法(Sessile Drop)或貼泡法(Captive Bubble) 座滴法是測量接觸角的光學方法。 此法用來估計固體表面某一局部區域的潤濕性。 可直接測量介於液滴基線和液/固/氣-三相接觸點處的液/固-界面切線間的角度（接觸角）。 除ㄧ般的平面固體表面外，也適合測量彎曲固體表面上的接觸角，且對表面不均勻或不 一致的樣品也適用。

座滴法(Sessile Drop) 液體滴出孔 不同材質基底

儀器設備簡介 液體樣品須靠針筒來控制滴出含量

儀器設備簡介 為了保持液體滴出量ㄧ致，將針筒垂直裝入微米頭中並保持針頭朝上以防空氣跑入，再蓋上調節體。

儀器設備簡介 調節體，旋轉其上的刻度便能施予一固定下壓力給其內的針筒 並滴出固定量的液體樣品

實驗目的 藉由接觸角儀測量不同濃度之各種界面活性劑於不同底材上的接觸角以了解各類界面活性劑在不同底材之吸附行為。

實驗器材及藥品 CA-XP150型接觸角儀。 界面活性劑︰Sodium Dodecyl Sulfate (SDS，陰離子性)。 固體樣品(底材)︰玻璃、壓克力板、Teflon、不銹剛板。

實驗程序 量取SDS，以水當溶劑依次稀釋之，配製10種不同濃度之界面活性劑溶液，其濃度應在2×10-2 ～ 6×10-4 M範圍內。 將待測溶液(水)裝入針筒中。 將固體樣品放在樣品台上。 依照顯示螢幕的指示，將待測溶液滴在底材上並測量其接觸角。 更換其他底材，重複步驟4，測量該待測溶液在不同固體樣品上之接觸角。 更換其他濃度之待測溶液(SDS)，重複步驟2-5，獲得溶液在不同固體樣品上之接觸角。

實驗流程 打開接觸角儀電源開關。(見下圖)

實驗流程 將針頭插入液體樣品(水)中，緩慢地將液體抽至針筒裏。 將針頭朝上，擠壓活塞將針筒中的空氣擠出。(注意：必須完全去除針筒中的空氣，否則液滴分配器因空氣壓力而不易控制) 將液滴分配器之微米頭(microhead)退至刻度約為14-15格處。 將針筒垂直裝入微米頭中並保持針頭朝上以防空氣跑入，再蓋上調節體並將之裝入固定座中。

實驗流程 在顯示螢幕上選擇”sessile drop method”，顯示出具有刻度之測量螢幕，垂直刻度係作為控制調節液滴體積的參考 依照顯示螢幕指示，將固體樣品置於樣品台上。(注意：勿用手接觸針筒活塞主體，以免改變接觸角)

實驗流程 利用”樣品台高度調整鈕”，調整樣品台的位置並利用”焦距調整鈕”，調整焦距，使固體樣品清晰出現在顯示螢幕上。(見下圖)。

實驗流程 分別利用兩個”針筒位置調整鈕”，調整分配器之水平及垂直位置，使針頭位於顯示螢幕之水平中心點及第2格處(由螢幕上方開始數)，固定針頭。(見下圖)

實驗流程 輸入樣品編號後，按”OK”。 依照顯示螢幕指示，順時針旋轉液滴分配器之微米頭以推出液體，使擠出液滴約在4-5格處(由螢幕上方開始數)。(見下圖)。

實驗流程 調整”樣品台高度調整鈕”，使樣品台上升以固體樣品承接擠出的液滴並在固體表面上形成液滴。(見下圖)

實驗流程 下降樣品台使液滴呈現在螢幕中心附近，在一段時間後按”OK”，螢幕凍結。 將滑鼠移至所形成液滴左端，按左鍵，按一下，出現”X”記號在左端。 滑鼠自動移至所形成液滴右端，按一下左鍵，出現”X”記號在右端。 將滑鼠移至所形成液滴頂端，按一下，出現”X”記號在頂端。

實驗流程 接觸角(“C.A.”)值顯示於螢幕右上方。(見下圖)

實驗流程 按”Next Sample”，更換固體樣品，重複步驟9-19。 利用重複吸放下個待測液體，清洗針筒。然後，再依步驟1-19依次測量不同濃度之SDC溶液在不同固體樣品上的接觸角。 實驗結束時，則先按”OK”，按”END” ，再按”OK”，再關掉電源。 以重複吸放水的方式，清洗針筒。

實驗數據 以不同固體樣品上的接觸角對 C作圖。 將所得接觸角圖形與表面張力作對照比較。

實驗影片

Reference Principles of Instrumental Analysis, 5th, SKOOG http://sindatek.com/MD_CA_tw.html