[發明專利]一種控溫、控濕、控壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置

無效

• 申請號: 201210127093.5
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102621042A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王慶軍;薛健;朱林;王媛怡;丁國偉;陳慶民
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G05D27/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 巫士華

技術領域

本發明涉及一種寬溫域、廣濕度、高壓、負壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置，屬于化學測量技術領域。

技術背景

超疏水現象在自然界中是廣泛存在的，例如：荷葉的表面就具有很強的疏水性和自潔凈功能；蝴蝶的翅膀、水黽的腳、水鳥的羽毛都具有超強的疏水性能。目前通過研究和模仿天然植物葉片，大量具有優良自清潔效應的仿生表面層出不窮。如果能夠更加深入地了解超疏水表面的作用機理，對于設計和制造新型超疏水、自清潔表面無疑具有重要的指導作用和實用價值。滾動角是液滴在傾斜表面上發生滾動時的臨界角度，以及在滾動的瞬間，液滴的前進角，后退角以及滯后角是判斷動態超疏水性和自清潔效應的重要標準，因此不同條件下滾動角、前進角，后退角以及滯后角的測量成為研究的熱點。

同時，目前研究方向主要是在不同的溫度和濕度條件下材料表面接觸角和滾動角的變化，對不同壓力下接觸角和滾動角的研究很少。飛機在幾千米的高空中飛行時所處的環境空氣稀薄，氣壓是低于標準大氣壓；同樣在深海工作的潛艇所處的壓力有幾十到幾百個大氣壓，所以如果能夠深入的研究壓力對表面接觸角和滾動角的影響，對于飛機和潛艇的表面涂料的研究具有重要的指導意義。

例如：申請號為200910034768.5，授權公告號為CN?101692011?B的中國發明專利，公開了一種控溫濕同步測量液滴溫度和滾動角的裝置。該裝置通過溫、濕控制系統準確控制試樣盒內環境溫度和濕度，利用驅動器控制轉動的速度與角度，高速數據采集系統和高速攝像系統同步精確測量液滴的溫度和輪廓圖像，利用軟件對圖像進行分析，獲得液滴的溫度、滾動角、前進角、后退角。但此裝置存在如下缺陷：

（1）.僅能在常壓下進行測試，限制了接觸角和滾動角的測試范圍，無法獲取變壓力條件下的接觸角和滾動角。

（2）.在很低的溫度條件下比如-20℃，即使是雙層的石英玻璃它的外表面也會結很嚴重的水霧，需不停的用蘸有防凍液的棉球擦拭窗口表面，擦拭的過程會遮擋攝像機的鏡頭影像拍攝，同時留在石英玻璃表面的水霧會改變光路的方向使得拍到的圖像發生扭曲給結果帶來誤差。

（3）.所采用的高速攝像機最快速度只有420幀/秒，無法實時跟蹤低溫下水滴在超疏水表面的結冰過程或者水滴在超疏水表面的彈跳、粘彈過程。

發明內容

本發明的目的是為了突破現有裝置的使用限制，實現精確控制體系內的壓力、防止低溫時窗口凝露、提高拍攝圖像的精確度，從而提供了一種控溫、控濕、控壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置。

理想表面的親、疏液性完全取決于固體表面的化學性質，如Young?方程所示。

Cosθ_Y?=?(γ_SV－γ_SL)/?γ_LV???????????????????????????

液滴在光滑平面的鋪展情況如附圖1所示，θ_Y為Young氏接觸角,?γ_SV為固/氣界面自由能，γ_SL為固/液界面自由能，γ_LV為液/氣界面自由能。

當壓力發生改變時，γ_SV和γ_LV的大小都將發生改變，這樣也會使得接觸角隨之發生改變。

本發明的技術方案為：

一種控溫、控濕、控壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置，包括：機架（10）、控溫系統（1）、控濕系統（2）、真空/壓力控制系統（3）、轉動系統、LED冷光源（4）、高速攝像系統（9）和計算機系統（11）。控溫系統、控濕系統、真空/壓力控制系統、轉動系統和高速攝像系統與計算機系統連接。試樣盒（6）通過轉動支架（5）固定在機架上，位于LED冷光源與攝像鏡頭之間，可以在上下、左右、前后三維方向調整位置，LED冷光源、轉動支架、高速攝像系統安裝于機架上。