浙大科研再添“國之利器”：北斗接觸角測量儀

2025-12-23 04:12:18

近日，北斗CA80接觸角測量儀正式入駐浙江大學材料科學與工程學院實驗室，標志著我國在水泥基材料表面科學領域的研究邁向了一個嶄新的精準量化時代。

本文將系統(tǒng)解析這一尖端儀器如何通過“一滴水”的微觀視角，揭示水泥防水性的核心奧秘，及其對提升國家重大工程質量的深遠意義。

北斗接觸角測量儀并非普通的光學儀器，它集成了高分辨率成像系統(tǒng)、精密液體滴定控制和先進的圖像分析算法，能夠實現(xiàn)對液滴與固體表面相互作用力的極致測量。

其核心工作原理在于：當一滴超純水被精準地滴落在水泥樣品表面時，儀器會以微秒級的速度捕獲液滴輪廓，并通過Young-Laplace方程等模型，精確計算出接觸角。這個角度，就是水分子與水泥表面相互作用的“語言”——角度越大，表明材料表面越疏水，防水性能越佳；反之，則意味著水更容易滲入。

北斗儀器的入駐，為浙大科研團隊提供了三大關鍵能力：

量化評估：將原本定性的“是否防水”轉化為精確的“防水程度是多少度”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動的研究。

動態(tài)分析：可測量接觸角隨時間的變化，研究水泥水化過程或防水劑效果的時效性。

表面能計算：進一步解析材料表面的化學組成與自由能，從根源上指導配方設計。

水泥的防水問題，本質上是其多孔、親水的微觀結構與環(huán)境水分的博弈。北斗測量儀的應用，正從以下幾個層面改變游戲規(guī)則：

1. 精準“診斷”防水劑效能
以往評價一款防水劑，往往需要制作混凝土試塊進行漫長的滲水實驗。現(xiàn)在，科研人員只需將處理前后的水泥薄片置于鏡下，測量其接觸角的變化，即可在幾分鐘內對防水劑的改性效果進行快速、定量的初篩與排序，極大加速了新型防水材料的研發(fā)周期。

2. 優(yōu)化水泥基復合材料設計
在超高性能混凝土（UHPC）、地聚合物等先進材料體系中，摻合的纖維、納米材料、礦物摻合料都會顯著改變表面特性。通過接觸角測量，可以直觀看到不同配方對材料疏水性的影響，從而科學地調整配比，在保障強度與耐久性的同時，賦予其更優(yōu)的抗?jié)B能力。

3. 預測與保障工程結構長期耐久性
接觸角數(shù)據(jù)能與水泥的毛細管吸水率、氯離子滲透系數(shù)等宏觀性能建立相關模型。這意味著，通過實驗室的微觀測試，可以更科學地預測該種水泥在實際工程中抵御水分、鹽分侵蝕的能力，為重大工程的百年壽命設計提供關鍵數(shù)據(jù)支撐。

浙江大學的建筑材料學科在國內長期處于領先地位，特別是在水泥化學、高性能混凝土與耐久性研究方面積累深厚。北斗測量儀的入駐，是“頂尖平臺”與“頂尖工具”的深度融合。

這一合作將直接服務于多項國家級重點研發(fā)計劃與重大工程咨詢項目，例如：

為東南沿海高濕度、高鹽分環(huán)境下的跨海大橋橋墩提供防腐防水解決方案。

研發(fā)用于深層地下工程（如地鐵隧道）的低滲透、自修復混凝土。

提升水利樞紐關鍵部位混凝土的抗凍融與抗?jié)B性能。

儀器所在的實驗室正成為連接基礎研究與工程應用的樞紐，其產出的精確數(shù)據(jù)，不僅將發(fā)表于高水平學術論文，更將直接寫入工程標準、影響材料選型，真正實現(xiàn)“學研產”的閉環(huán)。

北斗接觸角測量儀在浙江大學的成功應用，只是一個起點。它代表了一種研究范式的轉變：從經驗導向到數(shù)據(jù)驅動，從宏觀推測到微觀洞察。

展望未來，基于海量接觸角數(shù)據(jù)與人工智能的結合，有望構建“水泥材料表面特性數(shù)據(jù)庫”，并進一步開發(fā)出：

智能設計軟件：輸入工程環(huán)境要求，AI可推薦優(yōu)化的材料表面性能參數(shù)與配方。

在線質量監(jiān)控系統(tǒng)：未來或在生產線集成快速表面測量模塊，實現(xiàn)防水性能的實時質控。

一滴水，在北斗的“眼中”，不再僅僅是水滴，而是解讀材料生命密碼的關鍵密鑰。它丈量的是角度，提升的是性能，守護的是從實驗室延伸到千里之外每一項重大工程的安全與壽命。北斗測量儀入駐浙大，是中國科研力量以精密儀器武裝自身，向基礎材料底層奧秘發(fā)起攻堅的縮影，它承載著讓中國建造不僅“大而快”，更能“久且安”的科技使命。