食品包装、工业材料和医疗应用中使用的薄膜表面具有各种特性，如透明度、光泽度、防水性、防污性和非粘附性。表面处理和加工工艺用于增加各种表面功能。
为了评估薄膜的表面处理和加工质量，测量表面粗糙度至关重要。这项检测会测量薄膜表面细微不平整的粗糙度，并对其进行数值量化。测量表面粗糙度的一种方法是使用3D激光共焦显微镜。
在一次实验中，我试图使用聚乙烯薄膜（食品保鲜膜）和抗静电薄膜来验证薄膜中的静电和表面粗糙度之间是否存在关系。为了进行粗糙度测量，我使用了LEXT OLS5100 3D激光共聚焦显微镜。继续阅读以了解结果！
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食品保鲜膜和抗静电薄膜
目视比较抗静电薄膜与聚乙烯薄膜的表面状况
首先，我用OLS5100 3D激光共聚焦显微镜目视确认了这两种薄膜的表面状况。
OLS5100 显微镜使用405 nm紫激光束扫描样品表面以采集3D数据。该系统与可适应405 nm波长并减少像差的专用LEXT物镜配对，可以清晰地捕获传统光学显微镜和普通激光显微镜难以捕获的精细图案和缺陷。光学系统也是非接触式的，因此，即使是薄膜等柔软样品，也无需担心会造成表面损坏。
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| 红色激光（658 nm：0.26 μm 线距） | 紫色激光（405 nm：0.12 μm 线距） |
在此图中，您可以清楚地看到聚乙烯薄膜的表面没有奇特的形状，并具有轻微的不平整。相比之下，抗静电薄膜则存在周期性亚微米到几十纳米的锯齿状不平整。
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| 50倍物镜下的聚乙烯薄膜（食品保鲜膜） | 50倍物镜下的抗静电薄膜 |
量化抗静电薄膜与聚乙烯薄膜的表面状况
接下来，我通过使用相同的3D激光共聚焦显微镜测量表面粗糙度，量化了这两种薄膜表面的视觉不平度差异。在这一步中，重要的是选择合适的透镜来观察样品，以获得高度可靠的测量结果。
得益于Smart Lens Advisor，OLS5100显微镜可以轻松确定*所选物镜是否适合样品。在本例中，系统确定专用LEXT 50倍物镜适用于薄膜的粗糙度测量。
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*测量值不予保证。
显微镜使用50倍物镜测量这两种薄膜时获得了以下结果：
| 样品名称 | Sq [µm] | Sz [µm] | Sa [µm] | Sdr [%] | Sal [µm] |
|---|---|---|---|---|---|
| 50倍物镜下的聚乙烯薄膜 | 0.06 | 0.477 | 0.043 | 0.076 | 30.553 |
| 50倍物镜下的抗静电薄膜 | 0.122 | 1.152 | 0.097 | 0.84 | 8.424 |
测量中值得注意的粗糙度参数为Sq、Sz、Sa、Sdr和Sal。以下是对这些参数的概括说明：
Sq（均方根高度）、Sz（最大高度）和Sa（算术平均高度）
这些参数表示与平均表面相比的不平度大小。在本例中，值较大的抗静电薄膜表示不平度较大。
Sdr（界面扩展面积比）
Sdr表示表面积的增长率。在本例中，具有较小Sdr值的聚乙烯薄膜表面积较小。相比之下，由于表面的不平度较大，抗静电薄膜的表面积较大。
Sal（自相关长度）
虽然大多数参数评估的是高度方向的粗糙度，但Sal是少数关注横向（如条纹和颗粒密度）的参数之一。Sal值越小表示形状越陡、颗粒越细。相反，Sal值越大则表示表面的不均匀形状越平缓。因此，我们可以得出结论，抗静电薄膜的Sal值越小，在不均匀表面上的颗粒状越精细。
用表面粗糙度数据测定薄膜静电
静电量的三个主要决定性因素是接触面积、摩擦力和湿度。在本文中，我们重点关注的是与表面粗糙度密切相关的接触面积。一般来说，物体之间的接触面积越大，产生的静电荷就越多。
在这个实验中，我们可以看到物体之间接触面积小的抗静电薄膜比接触面积大的聚乙烯薄膜产生的静电小。与聚乙烯薄膜更光滑的表面相比，抗静电薄膜较大的不平度减小了接触面积。您可以在下面看到电荷量与表面粗糙度数据的关系：
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| 抗静电薄膜 | 聚乙烯薄膜（食品保鲜膜） |
| 电荷量： | 小 | 大 |
| 与物体的接触面积： | 小 | 大 |
| 不平度(Sq/Sz/Sa)： | 大 | 小 |
| 表面积(Sdr) | 大 | 小 |
| 细度(Sal)： | 小 | 大 |
要了解更多关于使用3D激光共聚焦显微镜测量薄膜表面粗糙度的信息，请联系我们的专家。
