ramé-hart 测量表面能的最佳方法

欧文斯 – 温特方法与酸碱方法

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在通过接触角测量计算固体的表面自由能时，欧文斯 – 温特（OWRK）方法和酸碱（或范奥斯 – 乔杜里 – 古德，vOCG）方法是两种最常用的方法。ramé – hart 公司的 DROPimage Pro 和 DROPimage Advanced 软件包中都包含这两种方法。虽然这两种方法都旨在深入了解表面相互作用，但它们在基本假设和所解析的成分方面存在显著差异。

Owens-Wendt (OWRK) Method 欧文斯 – 温特方法

• 色散分量：代表伦敦色散力（范德华力）的贡献，这种力普遍存在于所有材料中。
• 极性分量：涵盖所有其他类型的分子相互作用，包括偶极 – 偶极相互作用、氢键和诱导力。
  OWRK 方法通常使用几何平均组合规则来描述固体与探针液体之间的相互作用。虽然几何平均法最为常见，但调和平均法（Wu 方法）是针对低能聚合物优化的。OWRK 方法和 Wu 方法都需要使用至少两种已知色散和极性分量的不同探针液体（例如，像水这样的极性液体和像二碘甲烷这样的非极性液体）进行接触角测量。在 DROPimage Pro 和 Advanced 中，工具是相同的，但用户可以为 OWRK 方法选择 “几何”，为 Wu 方法选择 “调和”。1

欧文斯 – 温特方法的优点：

简单性与广泛接受度：其概念简单，数学上比酸碱法更不复杂，这使得它被广泛用于常规分析。・适用于一般润湿性分析：通过将普遍的范德华相互作用与更特定的极性相互作用区分开来，能很好地从总体上理解表面的润湿性。・足以满足许多工程应用需求：在评估表面处理、许多聚合物上的涂层附着力以及一般材料表征方面通常已足够，因为在这些应用中，对特定酸碱相互作用的详细理解并非关键。

欧文斯 – 温特方法的缺点：

极性相互作用细节有限：主要缺点是它将所有非色散相互作用归为单一的 “极性” 成分。它没有区分表面的供电子（碱性）和吸电子（酸性）特性。・可能产生误导性结果：对于特定酸碱相互作用占主导的表面（例如生物材料、某些矿物质或一些高度功能化的聚合物），单一的极性成分可能过于简化，可能无法准确预测粘附或其他界面现象。・可能产生负成分：在某些情况下，特别是特定的液体组合或高度异常的表面，理论上计算可能会产生负的极性成分，这缺乏物理意义。

ramé-hart Model 260 Contact Angle Goniometer / Tensiometer with DROPimage Advanced Software (p/n 260-U4)

酸碱（范・奥斯 – 乔杜里 – 古德或 vOCG）法  Acid-Base (van Oss-Chaudhury-Good or vOCG) Method

酸碱法对表面能进行了更详细的分解。它将总表面能分为三个组分：
・Lifshitz-van der Waals 组分：等同于 OWRK 中的色散组分，解释非极性相互作用（伦敦色散力、取向力、诱导力），但由于需要三种液体，因此工作量更大。
・电子受体（酸性）组分：表示表面接受电子的能力（作为路易斯酸）。
・电子给体（碱性）组分：表示表面给出电子的能力（作为路易斯碱）。
酸碱法对酸碱相互作用采用了不同的组合规则，并且通常需要使用至少三种探针液体进行接触角测量：一种非极性液体（用于确定 LW 组分）和两种极性液体，一种主要为酸性，另一种主要为碱性，且这些液体的组分已知。

酸碱理论的优点：

・详细的相互作用洞察：通过解析特定的酸碱相互作用，更全面地理解表面化学。这对于氢键和电子转移起关键作用的体系至关重要。

・更适用于生物和复杂体系：在生物材料、制药和胶体科学等领域极具价值，在这些领域中，特定的酸碱相互作用决定着粘附、蛋白质吸附和细胞 – 表面相互作用。

・更强的预测能力：对于由极性和酸碱相互作用主导的体系中的粘附、生物相容性和润湿行为，通常具有更强的预测能力。

・避免负分量：与 OWRK 相比，通常不太容易产生不符合实际的负分量，因为它明确考虑了电子供体和电子受体的性质。

酸碱法的缺点：

・复杂性增加：其理论框架和计算比 OWRK 法更为复杂，需要更多的探针液体，并且对该方法要有更深入的理解。

・对液体选择的依赖性：结果的准确性在很大程度上取决于对探针液体酸碱成分的精确表征，而这有时可能存在争议或不太明确。

・解读挑战：解读各个数值及其含义需要更专业的知识。

结论：

在欧文斯 – 温特（Owens-Wendt）法和酸碱法之间的选择取决于具体的研究问题以及所研究材料的性质。

・若要对润湿性进行总体评估，特别是对于中等极性或非极性表面，并且更倾向于简单、快速的分析时，可使用欧文斯 – 温特法。对于许多工业质量控制和工艺优化任务而言，该方法通常已足够。

・当深入了解表面的特定酸碱相互作用、氢键以及电子转移能力至关重要时，尤其是在生物材料、粘附科学和制药等领域，这些相互作用决定了材料的性能，此时应选择酸碱法。

注释
1 OWRK 法和 Wu 法均集成在 ramé-hart DROPimage Pro 和 DROPimage Advanced 软件包的双液表面能工具中。

260 型 ramé-hart 260 型接触角测量仪 / 张力仪（见上图）为科学家和研究人员提供了一个强大的平台，用于进行高级表面和界面分析。该工具由 ramé-hart 功能强大的 DROPimage Advanced 软件驱动。260 型凭借先进的三轴平台脱颖而出，可实现精确的样品定位，并且关键的是，支持可选的环境附件，如用于温度控制研究的环境试验箱，从而扩展了实验能力。该系统配备一台 U4 系列超高速数码相机，每秒可拍摄高达 520 帧，为动态测量提供卓越的图像质量，而配套的 DROPimage Advanced 软件则提供一套全面的工具，用于计算接触角、表面 / 界面张力和表面能（包括上文所述的 OWRK、Wu 以及酸碱或 vOCG 方法），并具备基于方法的实验设计，可实现自动化、可重复且强大的表面研究。对 260 型感兴趣吗？欢迎立即与我们联系，联系电话 15821107090

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