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接触角测量仪阿莎算法及其优越性

发布日期: 2020-07-03
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接触角测量仪是界面化学领域用于测试并评估固体以及固液界面物理化学性质的基础仪器,自1946年zisman教授团队发明以来,历经多年发展,长期以来停留在量角器阶段。随着计算机技术的发展,过程中有日本、德国、美国的仪器厂商实现了量角器的简单量角、WH法向圆和椭圆阶段的发展,但其仍不改变其数码量角器的本质。自1983年A.W.Neumann教授团队提出ADSA-P算法以来,接触角的测量真正进入了界面化学的测量阶段,其标志性体现为将表面张力、接触角、界面张力以及重力、浮力等综合参与运算分析并得出表面张力和接触角值。与此同时,接触角测量仪商业化的仪器中出现了两个其他的代表,如Henson团队和SongbiHai团队(德系仪器)的基于Select plane算法的Young-Laplace方程拟合算法。但无论是ADSA-P算法还是Young-Laplace方程拟合算法,其均存在轴对称假设,应用于表面张力或界面张力等轴对称条件下的测量则没有问题,但运用于接触角测量由于如下两个原因形成的非轴对称性测量则显然是不可靠的。
 
1、样品上表面本身的水平度不好,由于重力作用导致左、右接触角不一致;
 
2、样品本身的粗糙度、化学多样性、异构性等原因导致的接触角左、右不一致。
 
由于接触角评估的重要性,需要提出更为可靠的接触角测量新技术或算法。
 
过程中,虽然美国科诺提出了真实液滴法(RealDrop)、双圆切线法以及双椭圆切线法(微分算法)等拟合图像的算,但是,这些算法仍以简单的图像几何测量为基础,在测值时受液滴量、图像的局部轮廓以及重力、表面张力影响,测值精度与可靠性均存在较大缺陷。
 
阿莎算法(ADSA-RealDrop)算法基于整体轮廓Young-Laplace曲线,拟合整体轮廓的左、右不同角度值,其显著特征为测值结果中显示出左、右两个不同的角度值,从而为真正意义上的固体材料物理化学性质的测量提供了一个可靠的工具,是界面化学测量领域的一个里程碑意义的突破。
 
从技术特征来讲,阿莎算法可以实现单图像多液滴的同时分析测量,从而将接触角测量从2D真正进化到3D时空。目前3D接触角的测量可以为界面化学测量,材料物理化学性质表征,材料表面清洁度测量等各种应用提供科学、专业的工具。
 
阿莎算法和3D接触角测量仪可以真正解决:
1、单液滴即可以判断出如芯片、晶圆、wafer、LED、LCD表面等离子清洗后(PLASMA)的效果;
 
2、是目前为止解决接触角滞后现象(表面粗糙度、化学多样性、异构性)的科学、合理的测值解决方案;
 
3、是目前为止接触角测量科学的表征方法。惯常的前进角、后退角以及滚动角的测值方案无法用于准确描述材料本身的性质,而3D接触角测量则可以为表征接触角滞后提供一个全新的思维。
 
4、全面提升了接触角测量的精度。以往的所有算法中或受局部测点影响(如select plane法受局部选点或面处的参数影响,切线法受接触线位置噪声影响、椭圆及圆拟合受整体轮廓轴对称影响),在测值精度上均无法保证。而阿莎算法则完全基本真实液滴轮廓并运用Young-Laplace方程进行拟合分析,因而,在算法而言,阿莎算法是接触角或水滴角测量的必然之选。
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