接觸角的案例
基于MS的超疏水表面接觸角研究（perl腳本方法）
研究表明，光滑固體表面接觸角最大為120°左右。
這里，涉及到接觸角θ的概念，當 θ>90°時表現為疏水性質，θ<90°時表現為親水性質。θ<5°的表面稱之為超親水性表面；θ>150°的表面稱之為超疏水性表面。那么，我們如何通過ms實現對接觸角的計算呢？這就需要perl腳本的幫助。下面將分享接觸角計算腳本。
首先第一步是構建符合我們實驗要求的結構，如下結構：
可以看出，我們的結構包含液相層和固相層，我們也就是要研究油滴在固相層上的接觸情況，在經過動力學計算之后，我們獲得了體系的運動軌跡文件。下圖是接觸過程的快照：
我們通過動力學得到體系的運動軌跡文件之后，再利用如下腳本，對液滴和表面進行設置，采用圓切法即可得到接觸角的變化。
在提取出隨時間變化的接觸角數據之后，我們可以使用繪圖軟件，對數據進行繪圖。可以看出，在該算例中。接觸角穩定在140度，屬于疏水材料。
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展開 分析毛細底部填膠制程中不同材質流動接觸角的影響
環氧樹脂在填膠過程中會與不同材質的組件接觸，例如基板(PCB)、錫球(Solder ball)、芯片(Silicon die)等。由于在交界面上會有不同的表面張力性質，為了縮短模擬分析和真實制程的距離，提升分析的準確度，Moldex3D加工精靈(Process Wizard) 支持不同接觸角的設定，并提供用戶接口針對各別接觸對象來給定不同接觸角。
Flip-chip capillary underfilling process
操作流程─在填膠分析中，不同嵌件材料的的接觸角設定
步驟1 首先建立一個芯片封裝成型項目，并匯入毛細底部填膠模型。本案例共含有4種不同的嵌件(Part insert)材料，會與環氧樹脂接觸的有錫球、芯片、銅墊(Cu Pad)與直通硅晶穿孔(Through Silicon Via, TSV)。
細底部填膠案例
步驟2 開啟加工精靈，在分析方式(Analysis type)項目選擇毛細底部填膠模塊(Capillary Underfill)，并在底部填膠設定(Underfill Setting)的頁簽點擊進階設定。并切換至表面張力(Surface Tension)，在此為環氧樹脂指定表面張力系數及其與不同嵌件之間的接觸角度。
加工精靈設定頁面
步驟3 完成其他項目設定并執行流動分析后，即可觀察不同接觸角設定對流動波前的影響。本案例套用共三組不同的設定：A是皆為30度的情況；B是皆為10度的情況；C接觸角各自不同的情況。由各組的分析結果可以得知，當接觸角的設定不同時，的確會影響到流動波前的預測，而呈現不同的趨勢。
同接觸角設定與分析結果
來源：科盛科技
展開 Moldex3D模流分析之分析毛細底部填膠制程中不同材質流動接觸角的影響
環氧樹脂在填膠過程中會與不同材質的組件接觸，例如基板 (PCB)、錫球 (Solder ball)、芯片 (Silicon die) 等。由于在交界面上會有不同的表面張力性質，為了縮短模擬分析和真實制程的距離，提升分析的準確度，Moldex3D加工精靈(Process Wizard) 支持不同接觸角的設定，并提供用戶接口針對各別接觸對象來給定不同接觸角。
Flip-chip capillary underfilling process
操作流程 ─ 在填膠分析中，不同嵌件材料的的接觸角設定
步驟1：首先建立一個芯片封裝成型項目，并匯入毛細底部填膠模型。本案例共含有4種不同的嵌件(Part insert)材料，會與環氧樹脂接觸的有錫球、芯片、銅墊(Cu Pad)與直通硅晶穿孔(Through Silicon Via, TSV)。
毛細底部填膠案例
步驟2：開啟加工精靈，在分析方式 (Analysis type) 項目選擇毛細底部填膠模塊(Capillary Underfill)，并在底部填膠設定(Underfill Setting) 的頁簽點擊進階設定。并切換至表面張力(Surface Tension)，在此為環氧樹脂指定表面張力系數及其與不同嵌件之間的接觸角度。
加工精靈設定頁面
步驟3：完成其他項目設定并執行流動分析后，即可觀察不同接觸角設定對流動波前的影響。本案例套用共三組不同的設定：A是皆為30度的情況；B是皆為10度的情況；C接觸角各自不同的情況。由各組的分析結果可以得知，當接觸角的設定不同時，的確會影響到流動波前的預測，而呈現不同的趨勢。
不同接觸角設定與分析結果
展開 角接觸球軸承的安裝方式
角接觸球軸承是一種可以同時承受徑向負荷和軸向負荷的軸承。米蘇米https://www.misumi.com.cn/這種軸承能夠在較高的轉速下工作，并且其接觸角的大小會影響其軸向承載能力，接觸角越大，軸向承載能力越高。
角接觸球軸承的安裝方式主要有以下幾種：
背對背安裝：兩個軸承的寬端面相對安裝。這種安裝方式下，軸承的接觸角線沿回轉軸線方向擴散，能增加其徑向和軸向的支承角度剛性，具有最大的抗變形能力。它適用于承受較大的軸向載荷和沖擊載荷。
面對面安裝：兩個軸承的窄端面相對安裝。這種安裝方式下，軸承的接觸角線朝回轉軸線方向收斂，其支承角度剛性較小。當兩軸承的外圈壓緊到一起時，外圈的原始間隙消除，可以增加軸承的預加載荷。它適用于承受較小的軸向載荷和沖擊載荷。
串聯安裝：兩個或多個軸承的寬端面在一個方向排成一行安裝。軸承的接觸角線同向且平行，使得兩軸承可以分擔同一方向的工作載荷。但使用這種安裝形式時，為了保證安裝的軸向穩定性，兩對串聯排列的軸承必須在軸的兩端對置安裝。這種安裝方式適用于承受較大的徑向載荷和沖擊載荷。
此外，還有一種定位安裝的方式，即將角接觸球軸承的一個套圈固定在軸上，另一個套圈則固定在機體上，這種安裝方式適用于高速旋轉的場合。
展開 
滾動軸承介紹PPT（角接觸球軸承）
角接觸球軸承是球軸承中一個重要的類型。與深溝球軸承相比，角接觸球軸承具有更大的軸向負荷承載能力，適用于軸向負荷較重的場合。角接觸球軸承也是電機和一些機械設備常用的軸承類型。本文分享一些角接觸球軸承的培訓PPT。
角接觸球軸承靜力分析 ￥10
利用ABAQUS軟件對角接觸球軸承進行靜力分析：
采用位移加載方式建立接觸關系；
對接觸部分進行網格的細化；
采用彈簧約束滾動體的剛體位移
COMSOL淺談液滴的自輸運（定向運輸、自發運移）
而形成“表面張力梯度”的方法有很多，例如：1.由溫度梯度、物質濃度梯度引起的馬蘭戈尼效應形成的“表面張力梯度”；2.由接觸角（表面潤濕性）梯度形成的“表面張力梯度”；3.由曲率半徑差異形成的“表面張力梯度”。
基于COMSOL Mutiphysics，本文分別建立了“接觸角（表面潤濕性）梯度”和“曲率半徑差異”導致液滴自輸運現象的模型。其中對“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運現象建立了二維和三維模型，“曲率半徑差異”導致液滴的自輸運現象的模型則是對參考文獻《錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究》[1]所進行的基本復現。
二、“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運
（一）二維模型
1.模型的建立
如圖1所示，建立二維模型。模型整體為寬8毫米、高2毫米的矩形，其中半圓部分為液滴，周圍為空氣。與液滴接觸的壁面設置成是梯度潤濕壁面，最左端接觸角為90度，最右端接觸角為70度。空氣和液滴所使用的材料物性參數直接調用COMSOL的內置材料Air和Water, liquid。
圖1
2.結果分析與討論
如圖2所示，為液滴在不同時刻的位置圖，黑白圖例顯示的是梯度潤濕面的接觸角大小。從圖中可以看出液滴向右發生了明顯的位移。
圖2
如圖3所示，為液滴與梯度潤濕面接觸的最右端接觸點的位移圖，用于表征液滴的位移情況。從圖中看出0到65毫秒時間內，液滴的位移約為5毫米，平均速度約為0.0769米每秒。
圖3
如圖4所示，為液滴頂點的位移圖。從圖中可以看到，液滴的頂點隨著時間的增加是不斷降低的，這是因為液滴的接觸角是逐漸變小的，液滴逐漸鋪展開來。
展開 聚丙烯塑料粘接界面的表面自由能評價
處理完成后，使用光學接觸角儀測試探測液體（去離子水，乙二醇和二碘甲烷）的接觸角。每個測試在等離子處理完后約2分鐘測試。液滴設置為2微升。通過OWRK計算方法通過接觸角確定聚丙烯的表面自由能。
圖2 接觸角隨等離子處理時間的變化
測試-接觸角
在圖2中顯示了每種探測液體的平均接觸角隨等離子處理時間的變化。在開始的幾秒接觸角有個猛烈的降低到了64°，但水的接觸角在15秒后增加到了最大值。二碘甲烷的接觸角也在處理時間4秒后慢慢增加，而乙二醇的接觸角則在整個處理時間段基本保持不變。
圖3顯示了在等離子處理前和處理120秒后探測液體在聚丙烯表面的液滴圖。
圖3 探測液體的液滴圖（水，二碘甲烷和乙二醇），在未處理和等離子處理120s后的聚丙烯表面
測試-表面自由能
通過圖3中的接觸角，用OWRK方法確定聚丙烯的表面自由能（γtot）。總表面自由能，即極性和色散表面自由能與等離子處理時間的關系在圖3中。開始時γtot=24.2 mJ/m2但在處理3秒后增加到46.8 mJ/m2。表面自由能在15秒時降到最低值，而隨后升高到大約40 mJ/m2。
表面自由能中色散分量特別是極性部分也非常依賴于處理時間。開始時γp~0因為聚丙烯基本是色散的。經過很短時間的離子暴露，γp增加到 12 mJ/m2而 γd 也增加到 35 mJ/m2。而15秒后，極性分量降低顯著，與總的表面自由能γtot降低一致，親水性降低。在處理時間大于15秒后，γp 逐漸升高而 γd 略微降低。
· 結構與界面研究服務平臺 ·
國高材分析測試中心接觸角測量儀
國高材分析測試中心結果與界面研究服務平臺，以研究材料表界面和結構分析為重點，探究了材料形貌、微觀結構、化學成分與材料性質的之間的內在關系。
展開 COMSOL淺談液滴的自輸運（定向運輸、自發運移）
而形成“表面張力梯度”的方法有很多，例如：1.由溫度梯度、物質濃度梯度引起的馬蘭戈尼效應形成的“表面張力梯度”；2.由接觸角（表面潤濕性）梯度形成的“表面張力梯度”；3.由曲率半徑差異形成的“表面張力梯度”。
基于COMSOL Mutiphysics，本文分別建立了“接觸角（表面潤濕性）梯度”和“曲率半徑差異”導致液滴自輸運現象的模型。其中對“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運現象建立了二維和三維模型，“曲率半徑差異”導致液滴的自輸運現象的模型則是對參考文獻《錐形微通道內液滴自輸運特性及力學驅動機制研究》[1]所進行的基本復現。
二、“接觸角（表面潤濕性）梯度”導致的液滴自輸運
（一）二維模型
1.模型的建立
如圖1所示，建立二維模型。模型整體為寬8毫米、高2毫米的矩形，其中半圓部分為液滴，周圍為空氣。與液滴接觸的壁面設置成是梯度潤濕壁面，最左端接觸角為90度，最右端接觸角為70度。空氣和液滴所使用的材料物性參數直接調用COMSOL的內置材料Air和Water, liquid。
圖1
2.結果分析與討論
如圖2所示，為液滴在不同時刻的位置圖，黑白圖例顯示的是梯度潤濕面的接觸角大小。從圖中可以看出液滴向右發生了明顯的位移。
圖2
如圖3所示，為液滴與梯度潤濕面接觸的最右端接觸點的位移圖，用于表征液滴的位移情況。從圖中看出0到65毫秒時間內，液滴的位移約為5毫米，平均速度約為0.0769米每秒。
圖3
如圖4所示，為液滴頂點的位移圖。從圖中可以看到，液滴的頂點隨著時間的增加是不斷降低的，這是因為液滴的接觸角是逐漸變小的，液滴逐漸鋪展開來。
展開 “硅”助力超疏水 一文帶你了解超疏水材料的技術
Wei 等以鈦酸鉀和TEOS 作為前驅體，采用溶膠－凝膠法制備了完美的鈦-硅網狀結構的復合氣溶膠，經三甲基氯硅烷改性處理后獲得的氣凝膠樣品的水接觸角達到（145±5）°。
鄭燕升等利用PTFE 與由環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性的SiO2溶膠雜化后，在玻璃上涂膜形成了接觸角高達156°的超疏水涂層。
電化學沉積法
Su 等采用電沉積法在銅基底上沉積一層鎳，再經過氟硅烷改性即可得到接觸角為162°的超疏水表面。該材料能夠在4.8 kPa 的負載壓力下于800 目的碳化硅（SiC）砂紙上移動1 m 而保持超疏水性，表明此表面具有極好的顯微硬度和機械耐磨性。
Xu 等在聚芘和SiO2的混合物薄膜上進行十三氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）的電化學沉積，制備了花瓣狀微納分層結構的超疏水復合物涂層，該涂層高度透明、熱和機械穩定性優異，其靜態水接觸角高達（163±1）°，滾動角低于2°。
溶液沉浸法
Li 等先將鋁合金板浸漬在硝酸鑭水溶液中進行熱處理，在表面形成類似于銀杏葉狀的納米結構，然后用十二氟庚丙基三甲氧基硅烷對超親水的鋁合金表面改性，水接觸角到達到160°，且該超疏水表面具有較強的熱穩定性、抗腐蝕性、耐磨損等優點。
其他方法
Yang 等采用微乳液法制備形成微米級的乳液，然后置于玻璃板上加熱干燥，在干燥揮發過程中形成多孔的粗糙結構薄膜，再用辛基三甲氧基硅烷進行修飾， 制得類似蜂巢狀的超疏水薄膜， 接觸角為156.3°，該方法簡單、快速、經濟。
此外，受植物葉片表面微觀結構的啟發，Liu 等研究人員通過一步陽極氧化法，在鋁合金上制備了具有170°左右的高接觸角和滾動角約為6°的超疏水表面。
結LEAD語
超疏水材料的應用范圍相當廣泛，在各個方面已有一定的發展，其應用前景非常廣闊。
展開 【多相流】VOF中的表面張力和附著力（8）
2 Wall Adhesion
在CSF模型的框架下，可以很容易地估算出平衡時與剛性邊界接觸的流體界面的壁面粘附效應。它并沒有把這個邊界條件強加到壁面上，而是假設液體與壁面的接觸角用來調整靠近壁面的單元表面的法線。這種所謂的動態邊界條件導致了近壁面曲率的調整。如果為壁面接觸角，則靠近壁面的單元表面法向為:
其中和分別是垂直于壁面和切向的單位向量。
3 Jump Adhesion
與wall adhesion類似，在使用VOF模型時，也可以選擇跳躍附著力。這里，接觸角處理適用于多孔跳躍邊界的每一邊，假設兩邊的接觸角相同。因此，如果為多孔躍遷處的接觸角，則與多孔躍遷相鄰單元的表面法線為：
式中，和分別為與多孔跳躍垂直和相切的單位向量。 Fluent提供了兩種處理多孔跳躍邊界的跳躍粘著力的方法: Constrained Two-Sided Adhesion Treatment和Forced Two-Sided Adhesion
Constrained Two-Sided Adhesion Treatment
受約束的兩面附著力處理選項對附著力處理施加約束。在這里，接觸角處理將僅應用于與非多孔流體區相鄰的多孔跳變的一側。因此，接觸角處理將不會應用于多孔介質區附近的多孔跳躍側。如果約束的兩面附著力處理失效，則對多孔跳躍體的所有面進行接觸角處理。
Forced Two-Sided Adhesion:
Fluent允許對流體區域使用強制的雙邊接觸角處理，而不受任何強加的約束。
展開 
【專業積累】一起認識滾動軸承——常用類別術語及相關知識
2、徑向接觸軸承 radial contact bearing
公稱接觸角為0°的向心滾動軸承。
3、角接觸向心軸承 angular contact radial bearing
公稱接觸角大于0°到45°的向心滾動軸承。
4、外球面軸承 insert bearing
有外球面和帶鎖緊件的寬內圈的向心滾動軸承。主要供簡單的外殼使用。
5、錐孔軸承 tapered bore bearing
內圈有錐孔的向心滾動軸承。
6、凸緣軸承 flanged bearing
在其一個套圈上，一般是外圈或圓錐外圈上有外徑向凸緣的向心滾動軸承。
7、滾輪（滾動）軸承 track roller (rolling bearing)
有厚截面外圈的向心滾動軸承，作為輪子在導軌上滾動，例如凸輪導軌。
8、擋圈型滾輪（滾動）軸承 yoke type track roller (rolling bearing)
裝有一對平擋圈的滾輪滾動軸承。
9、萬能組配軸承 universal matching bearing
任意選擇一套或多套相同的向心滾動軸承一起使用時，可以得到予先對成對或成組安裝所規定的特性。
（三）推力軸承
1、推力軸承 thrust bearing
主要用于承受軸向負荷的滾動軸承，其公稱接觸角大于45°到90，基本零件為軸圈、座圈和帶或不帶保持架的滾動體。
2、軸向接觸軸承 axial contact bearing
公稱接觸角為90°的推力軸承。
3、角接觸推力軸承 angular contact thrust bearing
公稱接觸角大于45°但小于90°的推力滾動軸承。
展開 基于LAMMPS模擬巖石表面潤濕性
潤濕性是指不相混的兩相流體與巖石固相表面接觸時，其中一相流體沿著巖石表面鋪開的現象，該相稱為潤濕相。潤濕性一般采用接觸角法來確定，通常根據水在固體表面的角度θ來定義系統的潤濕性，接觸角為0°～75°為水潤濕，75°～105°為中間潤濕，105°～180°為油潤濕。接觸角是表征液滴對固體表面的潤濕程度參數，宏觀上可以通過接觸角實驗測量，但是，宏觀與微觀之間存在差異，如圖1所示，傳統的接觸角在分子水平上變得不明確。為獲得接觸角分子模擬和實驗結果間的定量比較與普適性解釋，潤濕通常以表面上的液滴形狀為特征，極端情況是球形和完全鋪展開，介于兩者之間的所有其他形狀都可以認為是球頂狀。
展開 復旦大學ACS Nano: 大面積制備堅固透明的超雙疏聚合物薄膜
【引言】
超雙疏表面的接觸角大于150°，且與水和油有低接觸角滯后現象。與超疏水表面相比，超雙疏表面具有更廣泛的應用范圍，包括自潔，防污，化學屏蔽，防潑濺，防結冰，防腐蝕，燃料輸送，減阻等。材料的超雙疏能力來自于它們的特殊表面形貌（凹角、凸曲率或懸掛）和低表面能化學的結合，以獲得所謂的Cassie-Baxter狀態。然而，制造這種具有特定表面形貌的超雙疏材料相當耗時，通常涉及昂貴的光刻工具或復雜的化學過程。此外，表面粗糙度與透明度之間的競爭對制備透明的超雙疏表面而言又是另外一個挑戰：一方面，超雙疏表面需要足夠的表面粗糙度以獲得高接觸角（CA）和低接觸角滯后（CAH）。另一方面，表面粗糙度必須足夠小以保持光的高透過率，以此減少粗糙表面所造成的米氏散射。雖然人們曾經使用過簡單的浸涂或噴涂方法，已成功制備了透明的超雙疏表面，但所獲得的具有凹角的表面形貌是不規則和不可控制的。相對于不規則結構，規則的凹角結構能夠在基于建立幾何模型的情況下對表面的潤濕性進行基礎分析，這可以幫助我們進一步了解和設計疏液表面。因此，制備這種同時具有高接觸角，低接觸角磁滯和高透明度，并且化學和機械穩定性好的超雙疏規則表面材料對于實際應用具有重要意義。
【成果簡介】
近日，復旦大學武利民教授（通訊作者）課題組在ACS Nano上發表了題為Large-Area Preparation of Robust and Transparent Superomniphobic Polymer Films的研究論文。
展開 同是LevelSet技術，國產CFD軟件VirtualFlow如何在捕捉氣液界面時更精準和高質量守恒？
動態接觸角模型：
VirtualFlow有靜態和動態接觸角仿真的能力。潤濕動力學的處理基于與三相線相關的物理力。動量方程中包含了額外的三線接觸力ci，三線力（ci）基于界面自由能的考慮。因此，它只包含兩個參數：流體之間的界面張力γ和平衡接觸角θeq。
其中θdy是瞬時動態接觸角，δt是一個光滑的狄拉克δ函數，除了靠近三重線之外，其他地方值為0，其性質是對于任何體積V，∫_VδtdV等于V中包含的三重線段的長度，b是垂直于三重線并平行于壁面的單位向量。此外，假設剪切應力在接近接觸線時具有對數分布。在距離三重線小于滑移長度的地方，則假設完全滑移。在包含三重線的有限體積中，會使用積分剪切應力。滑移長度通常被處理成一個極小值≈10-9。這個公式解決了由于無滑移邊界條件而產生的應力奇異性。
在VirtualFlow中，接觸角可以在軟件設置窗口中設置，如圖所示。如果停用動態接觸角模型，則平衡接觸角的值將用作靜態接觸角，要為每個壁邊界指定不同的值，在壁面邊界條件中設置即可。在VirtualFlow中可以指定的最大接觸角為170°，最小為10°。
液膜厚度模型：
對于非常接近完全潤濕或完全非潤濕的情況，還可以使用薄膜邊界條件。像毛細管數非常低的流動，氣相和壁面之間存在一層薄薄的水膜。可以定義薄膜條件，在VirtualFlow中進行仿真。根據Couette流動，設置薄膜邊界壁處的粘度以滿足剪切。對于液膜條件，我們通過下圖進行理論解釋：
薄膜邊界條件示意圖
其中與壁面相切的界面速度：
有效粘度根據下式得到：
通過簡化可得：
接觸角和液膜厚度，在壁面邊界條件中進行設置，界面如圖所示：
界面渦粘度衰減：
當使用k-ε模型時，界面區域的湍流粘度可以被阻尼。
展開 