一种非均质表面水接触角的表征与测量方法与流程

本发明涉及表面与界面物理、测控，具体涉及一种非均质表面水接触角的表征与测量方法。

背景技术：

1、水接触角是指水滴落在固体表面并达到平衡后，由气、液、固三相交点处所作的气、液界面的切线与固-液交界线之间的夹角，此时，形成的接触角与界面张力之间满足杨氏方程：

2、γgs＝γglcosθ+γls

3、其中，γgs为固体表面张力；γgl为液体表面张力；γls为固-液界面张力；θ为接触角。接触角θ的范围在0-180°之间，根据其大小可分为5种情况：θ＝0°，材料完全润湿；θ<90°，材料亲水；θ＝90°，材料亲水和疏水的分界线；θ>90°，材料疏水；θ＝180°，材料完全不润湿。

4、水接触角是反映材料表面润湿性能的重要参数。目前水接触角主要通过光学图像分析法进行测量：在待测样品上滴水，利用相机在侧面拍摄，获得水滴的平面图像，再通过量角法或量高法计算水接触角。然而，这种水接触角表征方法主要针对均匀的理想固体材料表面，并认为水滴的形状是对称的。

5、在实际情况中，往往需要测量一些非均质固体材料的表面水接触角，如局部老化、局部存在微观瑕疵或裂痕的硅橡胶复合绝缘子，当水滴在固体表面达到平衡状态时的形状将变得不规则，即水滴不同位置的水接触角也不尽相同，此时，现有的方法难以准确表征水接触角大小。

6、针对以上问题，本发明公开了一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，基于立体视觉技术获得水滴在固体表面润湿的三维立体图像，在不同方向上截取水滴的平面图像，获得多个截面的水接触角，最后依据水接触角信息，使用最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg三相指标表征非均质表面水接触角。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，解决了由于天气以及使用时间较长等原因导致的绝缘材料、绝缘子等固体材料表面受到的损耗程度不同使得表面不均匀，从而变成非均质材料无法精确的测量其表面憎水性的技术问题。

3、(二)技术方案

4、一种非均质表面水接触角的表征和测量方法，其操作步骤为：

5、第一步：在待测的非均质固体材料表面喷水直到水滴处于稳态，基于立体视觉技术获得水滴在非均质固体表面的三维立体图，构建出水滴的三维立体坐标。

6、第二步：以构建的水滴三维立体坐标为基础，在其不同方向上截取水滴截面，从而测量每一个水滴截面的水接触角。测量时，每一个水滴截面均可以测量出左侧和右侧两个水接触角。

7、第三步：根据第二步所测量出的水接触角数据，可以获得最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg。其中，最大值、最小值的获得是分别取所测得的多个水接触角数值的最大值和最小值，平均水接触角θavg值的选取则是通过对所测得的多个水接触角计算平均值。进而通过这三项指标表征所测非均质表面水接触角。

8、第四步：由于非均质材料表面受损程度不均匀，所以在测量时得到的水接触角数据可能会有较大的误差，故在实地测量时应该测量非均质固体材料多处位置，从而减小误差。

9、本发明的进一步改进在于，当非均质材料表面受损程度极其不均匀时，导致测得的水接触角数据最大值、最小值和平均值可能会有很大的数值差异，对于这种情况应该选取哪个数值作为最终的水接触角有待改进。

10、(三)有益效果

11、本发明提供了一种非均质表面水接触角的表征与测量方法。具备以下有益效果：

12、(1)、该非均质表面水接触角的表征与测量方法提出了非均质表面水接触角是通过最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg这三种水接触角表征和测量得出，给出了这三个水接触角的定义和概念。

13、(2)、该非均质表面水接触角的表征与测量方法通过对水滴的多个截面进行水接触角的测量，巧妙地利用所测得的最值以及平均值来表征出非均质材料的水接触角，为非均质表面水接触角的测量提供了新思路和方法。

14、(3)、该非均质表面水接触角的表征与测量方法解决了非均质材料表面水接触角测量的难题，适用于各种非均质材料，更加贴合实际。

技术特征：

1.一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，其特征在于：在不同方向上截取水滴的平面图像，计算出多个截面的水接触角，根据计算结果得出最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg，从而表征出非均质表面水接触角。

2.根据权利要求1所述的一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，其特征在于：最大水接触角θmax、最小水接触角θmin是指非均质材料表面不均匀导致出现多个水接触角数据中的最大值和最小值。

3.根据权利要求1所述的一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，其特征在于：平均水接触角θavg是指多个水接触角数据所取的平均值。

4.根据权利要求1所述的一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，其特征在于：根据多个平面水接触角的计算结果得到最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg从而计算出非均质表面的水接触角。

技术总结
本发明公开了一种非均质表面水接触角的表征与测量方法，涉及表面与界面物理、测控技术领域。该非均质表面水接触角的表征与测量方法在不同方向上截取水滴的平面图像，计算出多个截面的水接触角，根据计算结果得出最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg，从而表征出非均质表面水接触角。该非均质表面水接触角的表征与测量方法提出了非均质表面水接触角是通过最大水接触角θmax、最小水接触角θmin、平均水接触角θavg这三种水接触角表征和测量得出，给出了这三个水接触角的定义和概念。

技术研发人员：杨冬,张忠,魏敏,沈留杨,许成俊
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29