A newly developed contact angle measurement instrument by laser beam projection allows for rapid and direct determination of contact angles. The instrument may have a possibility to characterize newly developed nano-fibers. When the laser beam impinges on an edge of an interface of liquid and solid, projected beam were split across and made two straight lines on a tangent screen. From the result, it could measure the contact angle directly by reading the angle between two split beams. The purpose of this study was to prove reliability and reproducibility of the contact angle measurement instrument by laser beam projection compare to the conventional one by microscope through the comparative experiment and questionnaire. Test samples were selected by consideration of hydrophilic and hydrophobic, such as nylon 6 and polypropylene, respectively. The laser contact angle measurement has accurate, fast and convenient method to measure contact angle, and it can be a unique method to characterize nano-fibers.
To assess the electrostatic interaction of surfaces at the triple contact line, the electrostatic field is analyzed by using the finite element method. The Helmholtz free energy is used as a functional which should be minimized under an equilibrium condition. The numerical results are compared with the nonlinear analytical solution for a two-dimensional charged interface and linear solution for a wedge shaped geometry, which shows fairly good agreement. The method is applied to the analysis of electrostatic influence on the contact angle on a charged substrate. The excess free energy found to increase drastically as the contact angle approaches to zero. This excess free energy Plays an opposite role to the Primary electrocapillary effect, as the contact angle gets smaller. This enables an alternative explanation for the contact-angle saturation phenomenon occurring in electrical control of surface tension and contact angle.
간단한 기하학적 원리에 의해 접촉각을 계산할 수 있는 방안을 모색하였다. 접촉각 측정에 일반적으로 이용되는 기기를 사용하지 않고, 단지 고체 표면의 용액 렌즈가 형성하는 접촉원의 지름과 렌즈의 높이를 측정함으로써 상당한 신뢰성을 가진 접촉각의 크기를 계산할 수 있었다. 이 방법의 신뢰성을 확인하기 위하여 동일한 용액 렌즈에 대해 일반적인 접촉각 측정 장치로 접촉각을 측정하여 그 값들을 상호 비교한 결과 오차 한계의 범위내에서 거의 일치함을 확인하였다.
We developed a numerical method to analyze the contact-line problems, incorporating a dynamic contact angle model. We used level set method to capture free surface. The method is applied to the analysis of dynamic behavior of a droplet in DC electrowetting. The result is compared with an experimental data and result of perturbation method.
Free energy based lattice Boltzmann method (LBM) has been used to simulate the contact angle and the bubble necking with large density ratio. LBM with the proper contact angle model is able to reduce the spurious currents and eliminate the singularity in the contact lines. The numerical results of the contact angles are satisfied with the Youngs law. For bubble necking flows, simulations are executed for various viscosities and contact angles. The phenomena of the bubble necking are simulated successfully and the subsequent results are presented. The present method is also applicable to the nucleate boiling flows.
Electrowetting is a versatile tool to handle tiny droplets and forms a backbone of digital microfluidics. Numerical analysis is necessary to fully understand the dynamics of electrowetting, especially in designing electrowetting-based devices, such as liquid lenses and reflective displays. We developed a numerical method to analyze the general contact-line problems, incorporating dynamic contact angle models. The method is based on the conservative level set method to capture the interface of two fluids without loss of mass. We applied the method to the analysis of spreading process of a sessile droplet for step input voltages and oscillation of the droplet for alternating input voltages in electrowetting. The result was compared with experimental data. It is shown that contact line friction significantly affects the contact line motion and the oscillation amplitude. The pinning process of contact line was well represented by including the hysteresis effect in the contact angle models.
Wetting properties between silver-copper-titanium braze alloys with different titanium contents up to 2.8 mass% and hexagonal boron nitride ceramics were investigated using sessile drop method at 1123K in Argon. The final contact angle is less than $30^{\circ}$ when the Ti content was over 0.41 mass%. Meanwhile, the contact angle curves show different behavior. In case of using braze alloy containing 2.8 mass% of titanium, the initial contact angle is acute angle just after the melting of braze. In case of brazes containing titanium less than 2.26 mass%, the contact angle is larger than $90^{\circ}$ at the beginning and slowly decreases to acute angle. The reaction layer of titanium nitride is observed at the interface. In addition, the reaction of Ti in the braze and N in the bulk h-BN seemed to show diffusion limited spreading.
피타고라스 원리를 이용하면 특정 도형이 보유하고 있는 각도에 대한 계산이 용이해진다. 정적 접촉각 평가방법을 이용할 경우 용액과 고체 물체간의 접촉각의 수치 계산이 가장 중요한 부분이다. 용액과 고체 표면이 이루는 각도 측정을 용이하게 하기 위해서 접촉각을 계산하는 방법을 규격화하는 방법과 접촉각 평가에 따른 실험적 변수 최소화 조건을 마련하였다. 접촉각 실험을 위한 용액의 직경에 따른 접촉각의 각도 계산 오차를 분석하고, 최적의 물방울 직경은 1 mm임을 확인하였다. 피타고라스 원리를 이용한 접촉각 측정방법은 전진각과 후진각을 확인하는데 사용할 수 있으며, 소수성 및 친수성 표면을 분석하는데 적용이 가능하였다. 궁극적으로 일반적인 접선 긋기를 통한 각도 계산 결과보다 피타고라스 원리를 이용하여 접촉각 각도 계산을 실시할 경우 비교적 정확한 접촉각 계산 결과를 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 레이저광선의 투영을 이용한 접촉각측정기구가 개발되었다. 이 새로운 방법은 편평한 표면분만 아니라 직격이 가는 섬유를 포함한 굴곡진 표면에서는 stationary, advancing그리고 receding contact angle-을 신속하고 정확하게 측정할 수 있게 하여 준다. 가는 레이저광선이 액체와 고체사이 계면의 끝을 통과하여 tangent screen의 각도를 재는 눈금상에 중심으로부터 방사상으로 두개의 선이 나타나게 된다. 이때 눈금상에 투영된 두개의 레이저광선 사이의 각도를 접촉각으로 결정한다. 이 새로운 기구를 사용한 결과, PMMA(Perspex-CQ)상에서의 접촉각은 문헌상의 접촉각과 일치함으로써 간편하고 정확한 접촉각 측정법임을 입증할 수 있었다.
Water resistance of three biopolyester films, such as poly-L-lactate (PLA), poly-hydroxybutyrate-co-valerate (PHBV), and Ecoflex, and low density polyethylene (LDPE) film was investigated by measuring contact angle of various probe liquids on the films. The properties measured were initial contact angle of water, dynamic change of the water contact angle with time, and the critical surface energy of the films. Water contact angle of the biopolyester films ($57.62-68.76^{\circ}$) was lower than that of LDPE film ($85.19^{\circ}$) indicating biopolyester films are less hydrophobic. The result of dynamic change of water contact angle also showed that the biopolyester films are less water resistant than LDPE film, but much more water resistant than cellulose-based packaging materials. Apparent critical surface energy for the biopolyester films (35.15-38.55 mN/m) was higher than that of LDPE film (28.59 mN/m) indicating LDPE film is more hydrophobic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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