近日，周怀春教授团队在国际光学领域重要期刊《Optics Express》上发表题为“High precision measurement of meniscus profile on liquid column in cylindrical capillary based on telecentric imaging technology”的研究论文（DOI: 10.1364/OE.572866）。论文通讯作者为周怀春教授，第一作者为2022级博士研究生郭晗。

毛细现象理论模型的推导与改进具有重要意义，但其可靠性必须通过测量实验进行验证。然而，尽管对毛细现象的描述和解释发展和争论了300多年，但仍然没有开发出一种绝对准确的毛细管弯月面检测方法。传统测量方法的精度不仅受限于透视误差和折射畸变，更缺乏有效的精度闭环验证机制。针对这一挑战，本文采用远心成像技术开展弯月面轮廓检测，避免了传统成像系统的透视误差，使得无需任何近似即可推导出圆柱毛细管内弯月面轮廓的绝对精确校正函数。为验证测量系统的可靠性，通过测量毛细管内的标准钢球轮廓进行了精度评估。结果表明轮廓测量的最大相对均方根误差（RRMSE）仅为0.92%，实现了对测量系统精度的有效闭环验证。随后基于上述测量方法提取了水、乙醇和甘油在8种内径0.84-5.05 mm圆柱毛细管中的弯月面轮廓，并进行圆弧拟合评估。结果表明：不同条件下弯月面轮廓的圆弧拟合优度均大于0.99，过半工况下甚至大于0.999。据此推断圆柱毛细管弯月面极大概率符合球面特征，其力学特性可能类似于均布载荷下的倒置半球壳膜模型。后续毛细管现象研究或可借鉴相关基础力学理论开展深入探索。

图1 毛细管弯月面轮廓测量系统

图2 毛细管弯月面轮廓识别（左）及不同内径毛细管内弯月面轮廓圆弧拟合结果（右）

该研究突破了毛细管弯月面精确测量的关键技术瓶颈，为毛细作用的力学建模提供了可靠的数据支撑，也为界面科学、材料学等领域的精密测量提供了新思路。后续，团队将基于该测量方法开展动态弯月面行为的相关研究，并系统构建静态与动态弯月面的力学模型，持续推动相关领域的理论创新与技术应用。

全文链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-33-19-41364&id=581107