接觸角儀幾何算法及圓法、橢圓法優(yōu)缺點(diǎn)

幾何算法采用一條直線傾斜并判斷其是否相切于液滴輪廓的方式分析接觸角值。而寬高法則假設(shè)液滴輪廓符合一個(gè)圓弧曲線，即假設(shè)液滴為球冠的一部分。因而，寬高法有時(shí)也被稱(chēng)為小球完法。此時(shí)，通過(guò)圓弧的寬與高，并采用反三角函數(shù)計(jì)算出接觸角值。

幾何算法優(yōu)勢(shì)在于：

（1）被發(fā)現(xiàn)并使用的時(shí)間長(zhǎng)；

（2）測(cè)試不需要復(fù)雜的儀器，人眼觀測(cè)即可。

（3）采用軟件全自動(dòng)測(cè)試時(shí)，速度快。

幾何算法缺陷包括：

（1）測(cè)值誤差大，重復(fù)性不好，精度不高，量角器法通常為2度甚至更高，寬高法時(shí)為1度左右；

（2）易受噪聲點(diǎn)影響，特別是采用寬高法自動(dòng)分析時(shí)，背景的噪聲會(huì)明顯影響到測(cè)值結(jié)果；

（3）受人為因素影響較大，特別是量角器法，每個(gè)人的判斷依據(jù)均不同，因而無(wú)法形成一個(gè)可接受的共識(shí)結(jié)果。而寬高法在像素的選擇時(shí)，因判斷像素點(diǎn)少，精度很難達(dá)到很高；

（4）受液滴體積的影響。因其小球冠的前提假設(shè)，大液滴明顯存在重力影響，測(cè)值結(jié)果存在偏差。還有一個(gè)不被重視的情況為，在接觸角大于80度或超疏水材料（150度以上）時(shí)，事實(shí)上小液滴（2uL或1uL），液滴形狀也因重力而改變。

圓法、橢圓法：具體測(cè)試過(guò)程為：拍攝液滴輪廓圖像，采用圖像識(shí)別技術(shù)擬合圖像的邊緣，提取邊緣曲線的坐標(biāo)，將坐標(biāo)曲線與曲線方程進(jìn)行最小二乘擬合，從而得到最終的方程曲線。在得到曲線方程后，在接觸的兩端點(diǎn)處求導(dǎo)并進(jìn)而得到接觸角值。

圓法、橢圓法算法的優(yōu)點(diǎn)：

易被理解和接受。本系列算法涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有限，只涉及簡(jiǎn)單的幾何以及高數(shù)知識(shí)，所以，易于被使用者所理解；

測(cè)試精度較高，通常而言，在控制液滴量的情況下，且擬合曲線與輪廓曲線重合度高時(shí)，精度可達(dá)0.5°(圓擬合或橢圓擬合)；

圓擬合法以及橢圓擬合法不易受背景噪聲點(diǎn)影響，自動(dòng)擬合的成功率較高。特別是圓擬合法，在5度以?xún)?nèi)的接觸角測(cè)試時(shí)。

圓法、橢圓法算法的缺點(diǎn)：

受液滴大小或重力影響較大，特別是圓擬合法；

橢圓擬合法擬合10度以?xún)?nèi)接觸角值以及特殊情況下的接觸角值（如150度以上超疏水材料的接觸角值等，此時(shí)的重力影響已經(jīng)影響到輪廓，特別是中心線以下的輪廓與以上部分不再對(duì)稱(chēng)時(shí)）；

無(wú)法真實(shí)表征界面化學(xué)現(xiàn)象，如化學(xué)多樣性、重力的體現(xiàn)、界面化學(xué)的三明治效應(yīng)等；

無(wú)法擬合非軸對(duì)稱(chēng)圖像，除橢圓能夠擬合部分非軸對(duì)稱(chēng)的圖像以及切線法外。