2018年5月1日，中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布了上海梭倫申請(qǐng)的3D接觸角測(cè)量?jī)x裝置中3D鏡頭的實(shí)用新型，同時(shí)，上海梭倫申請(qǐng)的3D接觸角鏡頭的發(fā)明進(jìn)入實(shí)審階段。

號(hào)：201721317403 .4，名稱：一種采用多棱鏡折轉(zhuǎn)光路的3D接觸角測(cè)試裝置

3D接觸角作為分析水滴角、液體探針固體接觸角的，是分析固體材料基本物理化學(xué)性質(zhì)的。目前而言，絕大多數(shù)的研究單位（學(xué)?；蚩蒲性核┮约吧虡I(yè)化的“接觸角測(cè)量?jī)x”廠商的接觸角測(cè)量?jī)x均是基于二維空間的接觸角測(cè)量。從測(cè)試接觸角的視角條件而言，通常接觸角或水滴角的測(cè)量均采用側(cè)視法條件為主。雖然基于ADSA-D算法的頂視法接觸角測(cè)量?jī)x在學(xué)界有一定的知名度，但是由于此種算法將體積作為邊界條件使用，而體積的計(jì)算在實(shí)際的操作運(yùn)用中存在很大的缺陷，這主要是由于材料本身客觀存在的表面粗糙度、化學(xué)多樣性、異構(gòu)性（含晶體生成結(jié)構(gòu)的方向性）等原因，在頂視條件下絕少部分樣品呈現(xiàn)規(guī)則的圓形結(jié)構(gòu)。此時(shí)，體積的計(jì)算本身即存在困難，并由此造成接觸角計(jì)算的誤差。

3D接觸角鏡頭或3D接觸角的概念正因如上提及的表面粗糙度、化學(xué)多樣性、異構(gòu)性的存在而提出的。3D接觸角或3D水滴角的概念是現(xiàn)代界面化學(xué)分析的工具，即重要性體現(xiàn)為：

1、從真正意義上評(píng)估固體材料的真實(shí)的物理化學(xué)性質(zhì)；

2、提升了固體材料物理化學(xué)性質(zhì)表征的手段的科學(xué)性；

3、為實(shí)際應(yīng)用如芯片制造、半導(dǎo)體、LED或OLED行業(yè)、電子、新材料特別是仿生材料的研究提供的的技術(shù)路線。比如，如何有效利用粗糙度以及化學(xué)多樣性實(shí)現(xiàn)定向問(wèn)題，分子或晶體如何定向的，如何高效快速評(píng)估表面的化學(xué)多樣性，如何提一步優(yōu)化仿生材料的表面結(jié)構(gòu)等等。這些均是我們應(yīng)當(dāng)重視、注意的新課題。

而從角度來(lái)評(píng)估，接觸角測(cè)量?jī)x的歷史通常而言包括：

1、簡(jiǎn)單的量角器階段：20世紀(jì)40年代至80年代左右，自Zisman教授團(tuán)隊(duì)提出可采用量角器（Goniometer)的方法簡(jiǎn)單的評(píng)估接觸角角度后，采用測(cè)量學(xué)意義上的量角器被一直采用于接觸角的測(cè)量。雖然隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的，出現(xiàn)了圓擬合、橢圓擬合、切線法（一次、二次、多次曲線方程或復(fù)合曲線方程），但是，這些測(cè)量方法均是停留在量角器階段，多只是數(shù)碼量角器階段。測(cè)值的結(jié)果受各種實(shí)際條件影響非常大。這些實(shí)際條件包括：

（1）重力的影響？

（2）滴液精度的控制？

（3）水滴的軸對(duì)稱要求？

（4）曲線的擬合度問(wèn)題？

等等。

目前，絕大多數(shù)的商業(yè)化的所謂的“接觸角測(cè)量?jī)x”或水滴角測(cè)量?jī)x廠商，特別是中國(guó)的水滴角測(cè)量?jī)x廠商仍停留在這個(gè)階段。不僅技術(shù)落后，測(cè)值精度不，測(cè)值結(jié)果可信度不高，而且，大大影響了后續(xù)的研發(fā)實(shí)際的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2、基于Young-Laplace方程擬合的接觸角測(cè)量階段：20世紀(jì)80年代，A.W.Neumann團(tuán)隊(duì)提出的Young-Laplace方程擬合技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像分析算法，可用于分析表面張力值。同時(shí)，在測(cè)試過(guò)程中，可以得到相應(yīng)的接觸角值。同一時(shí)期，包括SongBihai、Hensen等團(tuán)隊(duì)同時(shí)提出了各自的Young-Laplace方程擬合技術(shù)，用于分析液體的表面張力值。

注意的是，這些科研人員提出Young-Laplace方程的初衷在于分析液體的表面張力值，其假設(shè)均是液-固之間的接觸后形成的液滴是軸對(duì)稱的。但是，上海梭倫已經(jīng)證明，在表征固體樣品時(shí)，固體材料卻不因Young-Laplace方程的軸對(duì)稱假設(shè)而進(jìn)行更改，固體材料本身的化學(xué)多樣性、表面粗糙度、異構(gòu)性等客觀存在因素，導(dǎo)致側(cè)視條件下固體的接觸角值很少是軸對(duì)稱的。

因而，很明顯地，Young-Laplace方程擬合用于分析液體表面或界面張力值時(shí)是有效的，但是其無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際的接觸角測(cè)量或水滴角測(cè)量。

所以，從角度而言，Young-Laplace方程擬合的接觸角分析或水滴角測(cè)量?jī)x只能視為“接觸角測(cè)量?jī)x"或”水滴角測(cè)量?jī)x“的初級(jí)階段，或是從數(shù)碼量角器向真正接觸角測(cè)量或分析的過(guò)渡。

3、基于阿莎算法（ADSA-RealDrop）的真正接觸角測(cè)量?jī)x或3D接觸角階段。

阿莎算法基于表征固體材料物理化學(xué)的非軸對(duì)稱性特征，在算法上進(jìn)行了改進(jìn)。將Young-Laplace方程擬合算法的基礎(chǔ)部分Select plane部分的缺陷進(jìn)行了合理、科學(xué)的革新，采用2次擬合液滴輪廓曲線的算法進(jìn)行了基于真實(shí)液滴的輪廓擬合。通過(guò)基于Young-Laplace方程的非軸對(duì)稱接觸角分析，為接觸角測(cè)量?jī)x或水滴角測(cè)量?jī)x進(jìn)入3D接觸角或3D水滴角測(cè)量提供了可能。

為配合阿莎算法，上海梭倫的3D接觸角測(cè)量?jī)x器或普通的接觸角測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)核心硬件技術(shù)包括：

1、3D接觸角鏡頭或3D接觸角測(cè)量平臺(tái)；

2、樣品臺(tái)微米級(jí)微分頭控制二維水平調(diào)整機(jī)構(gòu)；

3、鏡頭和相機(jī)二維微分頭控制機(jī)構(gòu)；

4、微米級(jí)紅寶石球3D接觸角校準(zhǔn)工具。

因而，結(jié)論可能有點(diǎn)殘酷，但也是非常簡(jiǎn)單，對(duì)于事實(shí)上存在的表面粗糙度、化學(xué)多樣性和異構(gòu)性條件下的真實(shí)地固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)（表面張力、接觸角、界面張力、表面自由能）的評(píng)估，我們只能是：

，必須采用阿莎算法或類似的基于Young-Laplace方程的非軸對(duì)分析算法；

第二、必須擁有如上1-4項(xiàng)硬件結(jié)構(gòu)。

除此之外或者把這些核心零件拿掉后，剩下的硬件部分只能視為普通的量角器而不能作為評(píng)估固體材料接觸角所用的界面化學(xué)分析儀器。

而，量角器在某寶上可以查找很多，如采用平整度分析儀、臥式顯微鏡作為關(guān)鍵詞，很容易找到一堆。通常的價(jià)格為1000-2000元左右。再購(gòu)買(mǎi)300元左右的光源、購(gòu)買(mǎi)500元或1000元左右的相機(jī)。下載網(wǎng)絡(luò)上的量角器軟件即可完成目前中國(guó)產(chǎn)所謂的”接觸角測(cè)量?jī)x“或‘水滴角測(cè)量?jī)x"的搭建。5000元都沒(méi)有用到。

所以，我們應(yīng)當(dāng)基于科學(xué)原理，以工匠精神來(lái)評(píng)估如何、科學(xué)評(píng)估接觸角測(cè)量?jī)x及其應(yīng)用，而不能簡(jiǎn)單地從主觀上已經(jīng)認(rèn)為接觸角測(cè)量?jī)x很簡(jiǎn)單，這樣極可能被一些生產(chǎn)顯微鏡或量角器的廠商所誤導(dǎo)，終不僅浪費(fèi)了研發(fā)時(shí)間，也浪費(fèi)了成本，終卻完不成研究需要，得不償失。