OSA™ Optical Surface Analyzer - SKX系列
从轻巧的手持式到机械手辅助下的全自动测量 - 一个“变形金刚”

SKX是OSA™系列光学表面分析仪中的一位独特的成员：

  • 它运用俯视法（Top-View）来测量液体与固体表面形成的接触角

  • 它拥有OSA™系列中一款可以手持移动（handheld mobile）的测量仪

俯视法是通过从正上方观测在固体表面形成的液滴的形状来获得液滴的接触角以及与液/固-润湿现象相关的参数。正是这种非常的作法赋予了SKX许多独特、显著的功能和性能：

  • 接触角的测量范围可以相当可靠地扩展到低至0°，而采用普通的侧面观测法一般当接触角值低于15°时就会越来越困难，当低于5°时需要依赖特殊的方法（比如我们新近引入的超低接触角测量法）才能够得到有意义的结果；

  • 实际中遇到的多数样品表面其实是不均匀或粗糙的，而且包含缺陷。液体在这样的表面上形成的液滴往往呈现不规则的形状，循着这样一个液滴的三相接触边界，接触角的数值是变化的（见下图）。采用传统的侧面液滴观察法，获得的图像仅仅是液滴的一个横截面，其左右二个接触角的值也不过只是代表整个三相接触边界线上的二个点，所以其代表性是相当有限的。采用俯视法可以获得整个液滴周边的平均或有效接触角值，能更好地表征真实的润湿性；

    水滴在玻璃表面的俯视图 水滴在玻璃表面的俯视图上图：水滴在玻璃表面的俯视图，接触角约33°；下图：水滴在一塑料表面的俯视图，接触角约65°。
    图中绿色圆圈包括的面积相当于不规则润湿区域的总面积。

  • 经常需要测量凹曲面（如镜片的凹面）或周围凸起处（如信用卡的芯片粘结处, 不粘锅的内底面）的接触角值，传统的侧面法根本无法胜任这样的测量，而采用俯视法的SKX能够毫无困难地完成这一任务；

  • 为了进行在大面积样品表面的测量，基于传统侧面法的台式装置必须将样品置于光学系统前方：多大尺寸的样品就需要至少多大尺寸的样品移动台和相应的镜头工作距离，而且前面测量时在样品表面形成的液滴将可能阻止或影响后面的测量，使得样品表面的可测量点数相当有限。而这样的限制对SKX都不存在；

  • 为了进行在大面积样品表面的测量，基于传统侧面法的移动式装置必须直接接触或非常靠近（几乎接触）待测表面（距离<～1mm！），这对多数敏感的样品表面往往是不希望的，而且这也同样决定了每个测量点的至少面积范围不能小于仪器本身的“腳印”（footprint：≥ 85x30mm²）。采用俯视法的SKX在测量时可以与样品表面保持高达至少25mm的距离，每个测量点的面积范围可小到约5x5mm²；

  • 俯视法可以同时测量和表征液体在多孔膜（或石料）表面的渗透（或吸收）和扩展过程：液体在多孔膜（porous membrane）上的润湿性很难通过传统的接触角测量来表征，因为渗透或吸收（permeation/absorption）以及扩展（spreading）过程同时进行，而且相当快速。通过俯视法可同时观察、测量这二个过程的动态进展。

SKX采用的测量方法虽然在市场上既非首次出现、也不是独一的，其特出性表现在方法实现的完美程度和所能达到的性能上：它适用于几乎所有属性的表面，适用于整个接触角值范围，可采用各种体积尺寸的液滴和不同的测量液体，并且拥有极高的自动化程度。

一个“变形金刚”，适合不同的应用领域 a Transformer for a Wide Range of Applications

SKX系列的另一特点是它所表现出的多变性: 它着实是一个“变形金刚”，可以

  • 作为手持移动测量仪（SKX-M）；

  • 与传统的侧面法相结合，实现对同一个液滴同时从不同的角度进行全方位观察、测量（SKX-C）；

  • 装配在一悬浮测试框架上，让它转变成一台式接触角/润湿分析测量仪（SKX-D）。当配备自动样品移动台和自动加液装置后，它就是一款全自动（通过移动样品）的悬浮式接触角/润湿分析测量仪；

  • 挂载在配置有自动加液系统的机械手（robotic arm）上: 它就可在样品表面自由地悬浮移动，可以对样品的任一位置进行测量，不受样品的尺寸、重量和形貌（凹/凸，起/伏）、以及先前测量时放置在样品表面上的液滴，所限制（SKX-L）；

  • 被整合到在线（in-process）测量系统，成为在线质量监视/控制的一部分（SKX-P）。

SKX系列对于不同的应用领域可以以不同的面目出现，相互间的转变相当灵活、简单，可以一机多用。

特征和优势 Features & Benefits

  • 基于俯视法（Top-Viewing based）；

  • 适合于测量轴对称性和不规则形状液滴的接触角；

  • 测定平均/有效接触角值，评估最大/最小接触角值和接触角值沿周边线的分布；

  • 可以准确、可靠地测量低至0度的接触角；

  • 不受样品的尺寸、形貌限制；

  • 即可直接站在样品表面（contact mode）、也可悬浮在其上方（levitation mode：可保持高达25mm的距离）实施测量；

  • 因为考虑了重力的影响，可采用任意体积的液滴和不同（密度和表面张力）的液体进行测量；

  • 从手持移动式到机械手辅助的全自动测量再到在线测量：可以灵活地适合不同的应用领域；

  • SurfaceMeter Elements™软件：操作简易，性能杰出。

任务和应用举例 Tasks and Applications

  • 固体表面接触角测量；

  • 固体表面表面能测量和评估；

  • 表面洁净度（如经过清洗工序后）（cleanliness test），或表面经过处理效果评估；

  • 样品表面的亲水/疏水性评估；

  • 现场（on-site）测量；

  • 液体在固体表面的铺展/渗透、可印刷性、粘附/粘结性测量分析；

  • 凹曲面的接触角或润湿性测量、评估；

  • 大面积样品的接触角测量；

  • 在线全自动测量/质量监视和控制。

测量方法 Measuring Methods

接触角测量：

  • 座滴（Sessile Drop）俯视（Top-View）法，Laplace-Young/Sphere模型。

可选配件和扩展功能 Accessories & Extensions

  • 台式悬浮测试框架（包括样品移动台）：用于将SKX悬浮在样品表面上方实行测量；

  • OSA100和200系列适配件：用于将SKX直接挂载到OSA100或200仪器上，实行单独或同时俯视法测量；

  • 基于机械手的全自动测量系统，包括自动加液系统；

  • 在线测量系统或匹配模块；

  • 各种规格的手动移液器（pipette），集成手动精密数显注射器（i-skxMDU）和电动液体分配器（electronic pipette/liquid dispenser），以及非接触式自动液体分配系统。

主要技术参数 Technical Data

接触角测量：

  • 范围：0 – 180°

  • 精度：ca. 0.1°（0°＜θ＜90°) 或 0.5° （90°＜θ＜180°)（对于符合Laplace-Young方程的轴对称液滴）

可测最大样品尺寸：

  • 不受限制

仪器尺寸和重量：

  • 77mm (L) x 60mm (W) x 150mm (H), ca. 1000g

资料下载

OSA-SKX-Web.pdf