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(lǐng)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(zhì)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?qū)崿F(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(guān)鍵能力：

量化評估：將原本定性的“是否防水”轉(zhuǎn)化為精確的“防水程度是多少度”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)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(dǎo)配方設(shè)計。

水泥的防水問題，本質(zhì)上是其多孔、親水的微觀結(jié)構(gòu)與環(huán)境水分的博弈。北斗測量儀的應(yīng)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(nèi)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(fù)合材料設(shè)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(diào)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(yù)測與保障工程結(jié)構(gòu)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(guān)模型。這意味著，通過實驗室的微觀測試，可以更科學地預(yù)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(shè)計提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

浙江大學的建筑材料學科在國內(nèi)長期處于領(lǐng)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(wù)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(fù)混凝土。

提升水利樞紐關(guān)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(chǔ)研究與工程應(yīng)用的樞紐，其產(chǎn)出的精確數(shù)據(jù)，不僅將發(fā)表于高水平學術(shù)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(chǎn)”的閉環(huán)。

北斗接觸角測量儀在浙江大學的成功應(yīng)用，只是一個起點。它代表了一種研究范式的轉(zhuǎn)變：從經(jīng)驗導(dǎo)向到數(shù)據(jù)驅(qū)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(jié)合，有望構(gòu)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(shè)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(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)：未來或在生產(chǎn)線集成快速表面測量模塊，實現(xiàn)防水性能的實時質(zhì)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(guān)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(chǔ)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。