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接觸角測量儀：解讀仿生Janus膜“超疏水秘密”
你知道嗎？
一只壁虎能在光滑的玻璃上爬行而不掉落，
一片荷葉能滴水不沾、自清潔如新，
如今，科學(xué)家模仿這些自然奇跡，
造出了能高效淡化高鹽度海水的“智能膜”。
而這背后，都離不開一臺關(guān)鍵設(shè)備—— 接觸角測量儀！
近期發(fā)表于《npj Clean Water》的一項研究中，沙特阿卜杜拉國王石油與礦業(yè)大學(xué)團隊成功研制出一種仿生多層Janus膜，解決了膜蒸餾技術(shù)中膜污染、易脫層、通量低等工業(yè)級難題。
一、研究亮點：
- 仿壁虎腳掌結(jié)構(gòu)：通過電噴霧技術(shù)構(gòu)建超疏水界面層，接觸角高達151.8°
- 三層定向潤濕設(shè)計：上層疏水(131.5°)、中層超疏水、下層親水(41.4°)
- 性能：在70,000 ppm高鹽水中，實現(xiàn)37.16 kg/m²·h的高通量，99.99%*脫鹽率，穩(wěn)定運行超過60小時
圖1：界面層與支撐層的形貌及表面特性。a1、a2為M2膜(界面層)與a3水滴接觸時的SEM表面形貌及接觸角；b1、b2為M3膜(界面層)與b3水滴接觸時的SEM圖像；c1、c2為M4、M5和M6膜支撐層/底層與c3水滴接觸時的SEM圖像。
二、接觸角測量儀：膜材料研究的“科學(xué)之眼”
(1)測量原理：
通過高分辨率相機捕捉液滴在固體表面的形態(tài)，精準(zhǔn)計算：
- 靜態(tài)接觸角：判斷表面親/疏水性
- 動態(tài)接觸角：前進角、后退角，分析滯后性
- 滾動角：評估表面自清潔能力
(2)在研究中的關(guān)鍵作用：
- 驗證PVDF疏水層的131.5°接觸角
- 確認(rèn)電噴霧界面層的**超疏水特性(151.8°)
- 評估PEI支撐層的**親水性能(41.4°)
- 監(jiān)測長期運行后膜表面的**潤濕性變化
三、廣泛應(yīng)用領(lǐng)域
1. 膜材料研發(fā)
- 疏水/超疏水膜：PVDF、PTFE、PP等
- 親水/雙親(Janus)膜：定向輸水設(shè)計
- 抗污染/抗結(jié)垢功能膜
2. 水處理與淡化
- 膜蒸餾(MD)、反滲透(RO)、正滲透(FO)
- 高鹽水、廢水、含油廢水處理
- 膜污染與清洗效果評估
3. 能源與環(huán)境
- 電池隔膜潤濕性調(diào)控
- 太陽能蒸發(fā)膜設(shè)計
- 油水分離材料開發(fā)
4. 生物與醫(yī)療
- 血液分離膜、藥物過濾膜
- 生物相容性表面修飾
- 醫(yī)療器械抗蛋白吸附涂層
圖2：接觸角測量在不同領(lǐng)域應(yīng)用(圖源于豆包AI生成)
四、 為什么科研與工業(yè)都選擇接觸角測量儀
> “從實驗室創(chuàng)新到工業(yè)落地，接觸角測量是材料性能驗證重要的一環(huán)。”
無論是開發(fā)新一代仿生膜，還是優(yōu)化現(xiàn)有分離材料，一臺高精度的接觸角測量儀都能為你提供：
-客觀數(shù)據(jù)支撐材料設(shè)計與改進
- 加速研發(fā)周期，降低試錯成本
- 提升論文的說服力與創(chuàng)新性
五、 結(jié)語
從仿生Janus膜的海水淡化突破，到功能性分離材料的不斷創(chuàng)新，接觸角測量儀正成為表界面科學(xué)研究與工業(yè)應(yīng)用的核心工具。
DSA-X Plus 專家型接觸角測量儀
由貝拓科學(xué)自主研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的光學(xué)接觸角測量儀，內(nèi)置五種分析算法，涵蓋全角度范圍測量，其中YoungLaplace擬合方法為貝拓家，針對120°以上角度具有更為精準(zhǔn)的測分析方法，尤其在150°甚至160°以上角度擬合效果更佳。
如果您正在尋找一款能夠精準(zhǔn)解讀材料潤濕行為、助力高性能膜材料開發(fā)的接觸角測量儀，歡迎聯(lián)系我們獲取詳細(xì)資料與技術(shù)方案！
**參考文獻**
Doguwa, A., et al. (2025). Bio-inspired surface engineered multilayer Janus membrane for efficient desalination of highly saline water in membrane distillation. *npj Clean Water*, 8, 60.