本發(fā)明涉及液體測量領域，特別是涉及一種測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

一種流體在固體表面上取代另外一種流體的動態(tài)過程稱為潤濕動力學，許多自然科學和工程技術均與潤濕動力學問題相關，比如植物根毛區(qū)通過毛細作用吸收土壤中水分來維持生命體征，毛巾吸水，倒裝芯片下填充工藝，石油二次開采，紡織品染色等。液-液界面張力、液-氣表面張力以及固-液表面張力值等指標是表征潤濕動力學的基本參數(shù)，而這些參數(shù)的不同最終帶來接觸角的不同，接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角，是潤濕程度的量度，所以接觸角變化情況可以最直接反映潤濕動力學變化過程。

目前測量接觸角的常用方法可以通過液體實驗實現(xiàn)對較高毛細數(shù)情況下的接觸角變化情況進行測量，但是當毛細數(shù)變得極低時(通常毛細數(shù)低于10^-5時稱為極低)，由于液體量極低，很難通過常用的接觸角測量方法得到相應動態(tài)接觸角。由于加工技術的進步，人們已經可以得到深度為幾納米的毛細通道，利用這些毛細通道可以得到毛細數(shù)ca≤10^-5流動情形，但此時無法實現(xiàn)對接觸角動態(tài)變化過程的可視化，導致利用常用的接觸角測量方法無法準確得到動態(tài)接觸角數(shù)據。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的方法及系統(tǒng)，通過極少的液體量實現(xiàn)極低毛細數(shù)系統(tǒng)中動態(tài)接觸角的測量，以提高測量的準確度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的方法，所述方法包括：

建立液體流動過程中流動長度與時間的關系模型：

其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)；

確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型：

確定未知參數(shù)a和b的值，確定關于參數(shù)平衡接觸角θe的關系模型

根據液體的平衡接觸角θe確定所述液體的動態(tài)接觸角θd。

可選的，所述確定未知參數(shù)a和b的值，具體包括：

利用n種已知液體對應進行n組實驗，n為大于1的整數(shù)；

根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率aexp；

根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的理論斜率alw；

獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率和對應理論斜率的比值，得到：其中aexp(k)表示第k組實驗得到的擬合斜率，k＝1，2，……n，alw(k)表示第k組實驗對應的理論斜率，σ(k)表示第k組實驗中液體表面張力，θe(k)表示第k組實驗中液體與通道壁間的平衡接觸角，η(k)表示第k組實驗中液體動力黏度；

根據所述n組實驗的已知液體的相關參數(shù)，獲得每組實驗已知液體對應的參數(shù)，其中所述相關參數(shù)包括液體表面張力σ(k)、液體與通道壁間的平衡接觸角θe(k)、液體動力黏度η(k)；

確定所述a和b的值。

可選的，所述確定所述a和b的值之后，還包括：

獲得m組不同深度的通道對應的液體流動過程中流動長度與時間的關系模型中的未知參數(shù)a(i)和b(i)的值，其中m為大于1的整數(shù)，a(i)和b(i)為與通道深度h(i)有關的未知參數(shù)，通道深度h(i)為通道i的深度；

確定通道深度h與未知參數(shù)a、b之間的關系函數(shù)h＝f(a,b)以及未知參數(shù)a和b之間的關系函數(shù)a＝g(b)。

一種測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

流動長度與時間的關系模型建立模塊，用于建立液體流動過程中流動長度與時間的關系模型：其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)；

動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型確定模塊，用于確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型：

未知參數(shù)確定模塊，用于確定未知參數(shù)a和b的值，確定關于參數(shù)平衡接觸角θe的關系模型

動態(tài)接觸角確定模塊，用于根據液體的平衡接觸角θe確定所述液體的動態(tài)接觸角θd。

可選的，所述未知參數(shù)確定模塊，具體包括：

實驗控制單元，用于利用n種已知液體對應進行n組實驗；

擬合斜率獲取模塊，用于根據公式

獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率aexp；

理論斜率獲取單元，用于根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的理論斜率alw；

比值計算單元，用于計算n組實驗中的每組實驗的擬合斜率和對應理論斜率的比值，得到：其中aexp(k)表示第k組實驗得到的擬合斜率，k＝1，2，……n，alw(k)表示第k組實驗對應的理論斜率，σ(k)表示第k組實驗中液體表面張力，θe(k)表示第k組實驗中液體與通道壁間的平衡接觸角，η(k)表示第k組實驗中液體動力黏度；

液體參數(shù)計算單元，用于根據所述n組實驗的已知液體的相關參數(shù)，獲得每組實驗已知液體對應的參數(shù)，其中所述相關參數(shù)包括液體表面張力σ(k)、液體與通道壁間的平衡接觸角θe(k)、液體動力黏度η(k)；

未知參數(shù)確定單元，用于確定所述a和b的值。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：

不同深度通道對應的未知參數(shù)確定模塊，用于確定所述a和b的值之后，獲得m組不同深度的通道對應的液體流動過程中流動長度與時間的關系模型

中的未知參數(shù)a(i)和b(i)的值，其中a(i)和b(i)為與通道深度h(i)有關的未知參數(shù)，通道深度h(i)為通道i的深度；

關系函數(shù)確定模塊，用于確定通道深度h與未知參數(shù)a、b之間的關系函數(shù)h＝f(a,b)以及未知參數(shù)a和b之間的關系函數(shù)a＝g(b)。

一種測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的裝置，所述裝置包括：電源、進樣裝置、微/納米通道、溫控裝置、控制器、數(shù)據采集裝置；

所述電源連接所述進樣裝置；所述進樣裝置的輸出端與所述微/納米通道的入口連接，所述微/納米通道的出口直通大氣；

所述控制器的第一輸出端連接所述進樣裝置的輸入端；所述控制器的第二輸出端連接所述溫控裝置的輸入端；所述微/納米通道位于所述溫控裝置內部；

所述數(shù)據采集裝置用于采集液體的流動距離和時間；

所述控制器的輸入端連接所述數(shù)據采集裝置，用于根據所述數(shù)據采集裝置采集的液體距離和時間，利用液體的流動長度與時間的關系模型

確定未知參數(shù)a和b的值，確定關于參數(shù)平衡接觸角θe的關系模型根據液體的平衡接觸角θe確定所述液體的動態(tài)接觸角θd，其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)。

可選的，所述數(shù)據采集裝置具體包括：e組光電組件、計時電路、第一數(shù)據處理裝置；其中e為大于2的整數(shù)；

每組光電組件包括一個光發(fā)射器和一個光接收器，所述e組光電組件的e個光發(fā)射器依次位于所述微/納米通道的下方，所述e組光電組件的e個光接收器依次位于所述微/納米通道的上方，與所述e個光發(fā)射器對應設置；

所述e組光電組件的e個光接收器與所述計時電路相連；

所述第一數(shù)據處理裝置與所述計時電路的輸出端連接，用于根據所述e組光電組件之間的距離和所述微/納米通道中液體到達每一組光電組件的時間，獲得液體的e組流動距離和時間。

可選的，所述數(shù)據采集裝置具體包括：f個光源、f個光電傳感器、第二數(shù)據處理裝置；其中f為大于2的整數(shù)；

所述f個光源與所述f個光電傳感器一一對應；所述f個光電傳感器依次位于所述微/納米通道的上方，所述f個光源依次位于所述微/納米通道的下方，與所述f個光電傳感器相對設置；

所述第二數(shù)據處理裝置與所述f個光電傳感器的輸出端連接，用于根據所述f個光電傳感器之間的距離和所述微/納米通道中液體到達每一個光電傳感器的時間，獲得液體的f組流動距離和時間。

可選的，所述測量裝置還包括：顯示裝置，所述顯示裝置的輸入端連接所述控制器的第三輸出端，用于顯示所述控制器輸出的液體動態(tài)接觸角數(shù)據。

根據本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

本發(fā)明動態(tài)接觸角測量方法利用微/納通道中液體流動距離與時間的關系，確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型，進而通過平衡接觸角可以直接確定動態(tài)接觸角，實現(xiàn)了毛細數(shù)極低的系統(tǒng)中動態(tài)接觸角的測量，而且所需液體量極少，避免浪費大量液體。本發(fā)明的接觸角測量裝置將深度為微/納米量級的通道作為毛細管來減少實驗液體的使用，液體在毛細壓力驅動下流入微/納米通道，不需要外部加壓裝置，不需要壓力測量部件；操作簡單、便于攜帶，測量迅速、結果可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的系統(tǒng)結構圖；

圖3為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的裝置結構圖；

圖4為數(shù)據采集裝置實施方式一的結構圖；

圖5為數(shù)據采集裝置實施方式二的結構圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的方法流程圖。如圖1所示，所述方法包括：

步驟101：建立液體流動長度與時間的關系模型。

建立液體流動過程中流動長度與時間的關系模型：

其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)。

步驟102：確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型。

根據步驟101的關系模型，可以推導出動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型為：

步驟103：確定未知參數(shù)，確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角關系模型的表達式。

確定關系模型中的未知參數(shù)a和b的值，便可確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型。具體確定未知參數(shù)的過程為：

利用n種已知液體對應進行n組實驗，n為大于1的整數(shù)；

根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率aexp；

根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的理論斜率alw；

獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率和對應理論斜率的比值，得到：其中aexp(k)表示第k組實驗得到的擬合斜率，k＝1，2，……n，alw(k)表示第k組實驗對應的理論斜率，σ(k)表示第k組實驗中液體表面張力，θe(k)表示第k組實驗中液體與通道壁間的平衡接觸角，η(k)表示第k組實驗中液體動力黏度；

根據所述n組實驗的已知液體的相關參數(shù)，獲得每組實驗已知液體對應的參數(shù)，其中所述相關參數(shù)包括液體表面張力σ(k)、液體與通道壁間的平衡接觸角θe(k)、液體動力黏度η(k)；

確定所述a和b的值。

此過程為利用已知液體的各個已知參數(shù)(包括液體的平衡接觸角為已知)進行實驗，從而確定模型未知參數(shù)a和b，確定模型的表達式，進而可以在已知液體平衡接觸角的情況下，利用該模型確定液體的動力接觸角。

由于a和b為與通道相關的參數(shù)，因此，通道參數(shù)不變的情況下參數(shù)a和b的值是不變的，也就是對應的動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型

是固定的。此確定參數(shù)a和b值的方法更適用于通道數(shù)量少甚至只有一個時，通過液體實驗得到參數(shù)a和b值，比較快捷。

當通道參數(shù)發(fā)生變化時(通道高度h發(fā)生變化)，則參數(shù)a和b發(fā)生變化，關系模型也由于參數(shù)a和b的變化而變化。因此，對于通道變化的情況，可以通過幾組實驗得出通道高度h與參數(shù)a和b的關系，那么在通道高度已知的情況下，無需再通過多組已知液體進行實驗來確定參數(shù)a和b的值，可以直接根據通道高度h與參數(shù)a和b的關系確定參數(shù)a和b的的值，對應的模型則很容易確定。具體的確定通道高度h與參數(shù)a和b的關系的過程為：

獲得m組不同深度的通道對應的液體流動過程中流動長度與時間的關系模型中的未知參數(shù)a(i)和b(i)的值，其中m為大于1的整數(shù)，a(i)和b(i)為與通道深度h(i)有關的未知參數(shù)，通道深度h(i)為通道i的深度；

確定通道深度h與未知參數(shù)a、b之間的關系函數(shù)h＝f(a,b)以及未知參數(shù)a和b之間的關系函數(shù)a＝g(b)。

此確定參數(shù)a和b值的方法更適用于通道數(shù)量較多時，此時對每一通道進行液體實驗確定參數(shù)a和b值需要耗費大量的時間和液體，效率較低，因此，通過有限個通道的液體實驗確定參數(shù)a和b值之后，確定通道深度與參數(shù)a和b的關系函數(shù)，可以直接根據通道深度確定參數(shù)a和b的值，從而直接確定關系模型，可以大大節(jié)約時間，避免浪費，同時提高模型確定的效率。

步驟104：根據平衡接觸角確定動態(tài)接觸角。

根據平衡接觸角與動態(tài)接觸角的關系模型在固體壁面和液體確定的情況下，平衡接觸角是確定的，那么利用該模型，根據液體的平衡接觸角θe可以直接確定液體的動態(tài)接觸角θd。

對于微/納米通道，可以忽略慣性力項及重力項的影響，且在微/納米通道中通道深度遠小于通道寬度(即h<<w)，因此根據牛頓動力學公式

其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，l′(t)表示l(t)的一階導數(shù)，l″(t)表示l(t)的二階導數(shù)，ρ表示液體密度，σ表示液體表面張力，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，w表示通道寬度，g表示重力加速度。從而推導出液體流動長度與時間的理論關系式為：其中alw為理論斜率，也就是當液體確定時，其相關的各個參數(shù)是確定的，利用理論關系式便可得到理論上的流動長度與時間的關系，此理論關系式是目前預測毛細流動過程的宏觀理論模型，即為lw模型。對于某一深度h的通道，如果液體表面張力σ、液體與通道壁間的平衡接觸角θe、液體動力黏度η在液體流動過程中保持不變，那么流動距離l(t)與成線性關系，也就是說，alw是常數(shù)。觀察該模型，如果知道了通道深度h，以及的相關參數(shù)(液體表面張力σ、液體與通道壁間的平衡接觸角θe、液體動力黏度η)，就可以利用該模型預測液體在微/納米通道中的速度。基于該模型，大量學者進行了實驗研究，主要得到了以下三點結論：1.定性分析結果表明，目前微/納米通道中毛細流動過程的流動趨勢可以用已有宏觀理論模型進行預測，即流動時流動距離l(t)與成線性關系；2.定量分析結果表明，目前的宏觀理論預測模型不能很好的解釋實驗現(xiàn)象，實驗中液體的流動速度普遍低于理論預測值，即實驗結果的擬合斜率(aexp)＜理論斜率(alw)；3.并不能確定到底是什么原因導致了實驗值與理論值之間的偏差。這也就說，目前的宏觀理論模型無法準確預測微/納米通道中的毛細流動過程，也就無法準確地預測動態(tài)接觸角。因此，在實際應用時，需要基于理論關系式，建立新的模型，即本發(fā)明建立的新的模型，基于本發(fā)明建立的模型，可以準確地測量液體的動態(tài)接觸角。此處的動態(tài)接觸角中的動態(tài)是指由于微/納米通道的變化(例如通道高度變化)或者由于流動流體本身的變化(例如液體種類變化)，使液體流動過程中接觸角發(fā)生的變化。

圖2為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的系統(tǒng)結構圖。如圖2所示，所述系統(tǒng)包括：

流動長度與時間的關系模型建立模塊201，用于建立液體流動過程中流動長度與時間的關系模型：其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)；

動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型確定模塊202，用于確定動態(tài)接觸角與平衡接觸角的關系模型：

未知參數(shù)確定模塊203，用于確定未知參數(shù)a和b的值，確定關于參數(shù)平衡接觸角θe的關系模型

未知參數(shù)確定模塊203，具體包括：

實驗控制單元，用于利用n種已知液體對應進行n組實驗，n為大于1的整數(shù)；

擬合斜率獲取單元，用于根據公式

獲取n組實驗中的每組實驗的擬合斜率aexp；

理論斜率獲取單元，用于根據公式獲取n組實驗中的每組實驗的理論斜率alw；

比值計算單元，用于計算n組實驗中的每組實驗的擬合斜率和對應理論斜率的比值，得到：其中aexp(k)表示第k組實驗得到的擬合斜率，k＝1，2，……n，alw(k)表示第k組實驗對應的理論斜率，σ(k)表示第k組實驗中液體表面張力，θe(k)表示第k組實驗中液體與通道壁間的平衡接觸角，η(k)表示第k組實驗中液體動力黏度；

液體參數(shù)計算單元，用于根據所述n組實驗的已知液體的相關參數(shù)，獲得每組實驗已知液體對應的參數(shù)，其中所述相關參數(shù)包括液體表面張力σ(k)、液體與通道壁間的平衡接觸角θe(k)、液體動力黏度η(k)；

未知參數(shù)確定單元，用于確定所述a和b的值。

動態(tài)接觸角確定模塊204，用于根據液體的平衡接觸角θe確定所述液體的動態(tài)接觸角θd。

此外，系統(tǒng)還包括：不同深度通道對應的未知參數(shù)確定模塊，用于確定所述a和b的值之后，獲得m組不同深度的通道對應的液體流動過程中流動長度與時間的關系模型中的未知參數(shù)a(i)和b(i)的值，其中m為大于1的整數(shù)，a(i)和b(i)為與通道深度h(i)有關的未知參數(shù)，通道深度h(i)為通道i的深度；

關系函數(shù)確定模塊，用于確定通道深度h與未知參數(shù)a、b之間的關系函數(shù)h＝f(a,b)以及未知參數(shù)a和b之間的關系函數(shù)a＝g(b)。

圖3為本發(fā)明測量極低毛細數(shù)下動態(tài)接觸角的裝置結構圖。如圖3所示，所述測量裝置包括：電源301、進樣裝置302、微/納米通道303、溫控裝置304、控制器305、數(shù)據采集裝置306。

電源301連接進樣裝置302；

進樣裝置302的輸出端與微/納米通道303的入口連接，微/納米通道303的出口直通大氣；控制器305的第一輸出端連接進樣裝置302的輸入端；進樣裝置302是一個開放的系統(tǒng)，可以選擇人工手動進樣，也可以選擇通過控制器305控制進樣裝置實現(xiàn)自動進樣。

控制器305的第二輸出端連接溫控裝置304的輸入端；微/納米通道303位于溫控裝置內部；溫控裝置304用于根據控制器305的指令控制微/納米通道303的溫度，從而控制內部液體的溫度。由于微/納米通道303尺寸小，因此需要的液體量極少，當如此少量的液體進入微/納米通道303時，液體與通道壁面充分接觸換熱，液體溫度會瞬間接近通道壁面溫度，可近似認為液體溫度等于壁面溫度，可以達到控制液體溫度的目的。

數(shù)據采集裝置306用于采集液體的流動距離和時間；數(shù)據采集裝置306可以采用兩種結構：

(1)圖4為數(shù)據采集裝置實施方式一的結構圖，如圖4所示，數(shù)據采集裝置包括：e組光電組件401，e為大于2的整數(shù)(圖中依次并列的第一光電組件10、第二光電組件11、第三光電組件12、第四光電組件13、第五光電組件14、第六光電組件15)、計時電路402、第一數(shù)據處理裝置403；每組光電組件401包括一個光發(fā)射器4011和一個光接收器4012，所述e組光電組件401的e個光發(fā)射器依次位于微/納米通道404的下方，所述e組光電組件401的e個光接收器4012依次位于所述微/納米通道的上方，與所述e個光發(fā)射器對應設置；所述e組光電組件401的e個光接收器4012與所述計時電路402相連；所述第一數(shù)據處理裝置403與所述計時電路402的輸出端連接，用于根據所述e組光電組件401之間的距離和所述微/納米通道404中液體到達每一組光電組件的時間，獲得液體的e組流動距離和時間。具體實施時，相鄰兩組光電組件可以設置相距1μm—100μm。在測量過程中，液體在毛細力作用下流過微/納米通道404，當?shù)谝唤M光電組件10檢測到微/納米通道404中的液體端面經過時，計時電路402記錄下時間，同理，第二光電組件11、第三光電組件12、第四光電組件13、第五光電組件14、第六光電組件15分別在液體端面經過時計時電路402記錄下時間，數(shù)據最終傳輸?shù)降谝粩?shù)據處理裝置403中，第一數(shù)據處理裝置403根據記錄時間與光電組件401之間的距離，獲得液體的多組流動距離和時間。

(2)圖5為數(shù)據采集裝置實施方式二的結構圖。如圖5所示，數(shù)據采集裝置包括：f個光源501、f個光電傳感器502(可以采用光電管)、第二數(shù)據處理裝置503；f為大于2的整數(shù)，f個光源501與所述f個光電傳感器502一一對應；所述f個光電傳感器502依次位于微/納米通道504的上方，f個光源501依次位于所述微/納米通道504的下方，與所述f個光電傳感器502相對設置；第二數(shù)據處理裝置503與所述f個光電傳感器502的輸出端連接，用于根據所述f個光電傳感器502之間的距離和所述微/納米通道504中液體到達每一個光電傳感器的時間，獲得液體的f組流動距離和時間。測量時，led光源501發(fā)光，當液體流過時，擋住了光，光電管502接收不到光信號而發(fā)生變化，系統(tǒng)將這種光信號轉變?yōu)殡娦盘柌⒂涗?，也就是自動記錄液體流過的時刻。

控制器305的輸入端連接數(shù)據采集裝置306，用于根據數(shù)據采集裝置306采集的液體距離和時間，利用液體的流動長度與時間的關系模型

確定未知參數(shù)a和b的值，確定關于參數(shù)平衡接觸角θe的關系模型根據液體的平衡接觸角θe確定液體的動態(tài)接觸角θd，其中l(wèi)(t)表示t時刻液體的流動距離，σ表示液體表面張力，η表示液體動力黏度，h表示通道高度，θe表示液體與通道壁間的平衡接觸角，θd表示液體與通道壁間的動態(tài)接觸角，a和b為與通道深度有關的未知參數(shù)。

測量裝置還包括顯示裝置307，顯示裝置307的輸入端連接控制器305的第三輸出端，用于顯示控制器305輸出的液體動態(tài)接觸角數(shù)據。

為提高測量效率，微/納米通道303包括多個不同深度的通道，通道深度至少有5種；為避免感染，微/納米通道303中的通道均為為一次性使用；為提高準確度，微/納米通道為長直型。將深度為微/納米量級的通道作為毛細管來減少實驗液體的使用，通過毛細壓力驅動液體流動，省去壓差測量系統(tǒng)。深度為微/納米量級的微/納米通道所需液體量極少，可以小于1μl；微/納米通道為一次性使用，避免感染，不需要清洗裝置，而且通道加工技術成熟；裝置簡單，液體在毛細壓力驅動下流入微/納米通道，不需要外部加壓裝置，不需要壓力測量部件；操作簡單、便于攜帶，測量迅速、結果可靠。

整個測量裝置的測量過程為：

對于已知深度h1、h2、h3、h4、h5的微/通道303而言，首先將進樣裝置302中的微量注射泵取下，吸取1種簡單牛頓流體(比如去離子水)，之后將微量注射泵放入進樣裝置302；

打開電源301和控制器305，開啟溫控裝置304，待其穩(wěn)定工作，進樣裝置302將該牛頓流體送到微/納米通道303入口處，液體在毛細力作用下流入微/納米通道303中的一個單通道，數(shù)據采集裝置306對不同時刻液體的距離進行測量，以圖4所示的數(shù)據采集裝置為例，過程如下：液體端面經過光電組件10時，計時電路402記錄下該時刻t1，同理，光電組件11、12、13、14、15分別記錄液體端面流過時的時刻t2、t3、t4、t5、t6，所有數(shù)據均傳輸?shù)降谝粩?shù)據處理裝置403中，第一數(shù)據處理裝置403根據光電組件之間的距離及時刻t1、t2、t3、t4、t5、t6，得到6組流動距離l與時間t的數(shù)據；

控制器305接收數(shù)據采集裝置306中第一數(shù)據處理裝置403傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(6組流動距離l與時間t的數(shù)據)，擬合得到并記錄下該組實驗數(shù)據的實驗斜率aexp1、aexp2、aexp3、aexp4、aexp5；

同理，接著使用其他牛頓流體(比如異丙醇、乙醇、70％甘油、30％甘油等)開展類似實驗，分別得到每次試驗的斜率aexp，控制器305會根據記錄的每種深度通道(例如包括5個通道，則對應5種通道深度)中的液體(液體至少也要用5種)實驗的aexp/alw與(σ·cosθe/η)值，每一種深度通道對應的實驗數(shù)據作為一組數(shù)據，在直角坐標系中畫出aexp/alw與(σ·cosθe/η)關系圖，從而依據公式得到該深度通道的a、b值。依次得到的5組a、b值，擬合得到a、b值與通道深度之間的關系，以及a、b值之間的關系，我們可以得到h＝f(a,b)以及a＝f(b)，也就說，對于任意已知深度為h的通道(深度為微/納米量級)，就可以根據已知的h＝f(a,b)和a＝f(b)，直接計算得到該深度通道對應的a、b值，從而確定該深度通道對應的模型

結合液體的粘度以及該液體的靜態(tài)接觸角θe，利用上式就可以得到該液體在該深度通道中的動態(tài)接觸角值；

顯示裝置307實時顯示測得的動態(tài)接觸角的值。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。