接觸角測(cè)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(tái)關(guān)鍵設(shè)備—— 接觸角測(cè)量儀！
 

　　近期發(fā)表于《npj Clean Water》的一項(xiàng)研究中，沙特阿卜杜拉國王石油與礦業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)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(jí)難題。
 

　　一、研究亮點(diǎn)：
 

　　- 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(dá)151.8°
 

　　- 三層定向潤濕設(shè)計(jì)：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(shí)現(xiàn)37.16 kg/m²·h的高通量，99.99%*脫鹽率，穩(wěn)定運(yùn)行超過60小時(shí)
 

　　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(shí)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(shí)的SEM圖像；c1、c2為M4、M5和M6膜支撐層/底層與c3水滴接觸時(shí)的SEM圖像。
 

　　二、接觸角測(cè)量儀：膜材料研究的“科學(xué)之眼”
 

　　(1)測(cè)量原理：
 

　　通過高分辨率相機(jī)捕捉液滴在固體表面的形態(tài)，精準(zhǔn)計(jì)算：
 

　　- 靜態(tài)接觸角：判斷表面親/疏水性
 

　　- 動(dòng)態(tài)接觸角：前進(jìn)角、后退角，分析滯后性
 

　　- 滾動(dòng)角：評(píng)估表面自清潔能力
 

　　(2)在研究中的關(guān)鍵作用：
 

　　- 驗(yàn)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(píng)估PEI支撐層的**親水性能(41.4°)
 

　　- 監(jiān)測(cè)長期運(yùn)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(jì)
 

　　- 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(píng)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(jì)
 

　　- 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(cè)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(cè)量儀
 

　　> “從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到工業(yè)落地，接觸角測(cè)量是材料性能驗(yàn)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(tái)高精度的接觸角測(cè)量儀都能為你提供：
 

　　-客觀數(shù)據(jù)支撐材料設(shè)計(jì)與改進(jìn)
 

　　- 加速研發(fā)周期，降低試錯(cuò)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(cè)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(cè)量儀
 

　　由貝拓科學(xué)自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的光學(xué)接觸角測(cè)量儀，內(nèi)置五種分析算法，涵蓋全角度范圍測(cè)量，其中YoungLaplace擬合方法為貝拓家，針對(duì)120°以上角度具有更為精準(zhǔn)的測(cè)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(cè)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(xiàn)**
 

　　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.