[實用新型]一種高速、可控溫的動態界面張力儀

有效

• 申請號: 201520312888.2
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN204679387U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 施建輝
• 申請（專利權）人: 上海梭倫信息科技有限公司
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利公布了一種高速、可控溫的動態界面張力儀。本實用新型提出的高速、可控溫的動態界面張力儀采用了壓電陶瓷納米定位平臺作為主控制部件，在亞毫秒時間內形成一個新的液滴表面，動態測試新形成表面的液－氣或液－液界面張力。攝像系統采用了平行光源和遠心鏡頭，并通過高速攝像機拍攝液滴圖像。本專利涉及的技術，可廣泛應用于日化、農藥、石油化工、表面活性劑研究、消防、電力等各個行業領域，具有極高的推廣價值。

背景技術????

界面張力為物質的物理化學性質的重要參數之一。測試液－氣或液－液動態界面張力對于非常多的實際應用非常重要。發泡、微乳、液晶、合金、多相液、農藥、印刷、化妝品、采油等各種行業均需要考察動態界面張力值。而目前而言，動態界面張力測試技術還停留在動態表面張力測試的階段。動態表面張力是指液－氣之間的表面張力的動態變化，表面吸附等。而動態界面張力是指液－液甚至液－固、液－液－固的界面張力的動態變化，界面吸附現象等。對于動態表面張力的測試技術，國內外的專業書籍、文獻中均有很多描述。如Arthur.W.Adamson的《Physical?chemistry?of?surfaces》(John?Wiley@Son,?Inc,?1997)和J.Lyklema的《Fundamentals?of?interface?and?colloid?science,Vol?3:Liquid-fluid?interfaces》(Academic?press,2000)均詳細描述了包括流動法（Flow?methods）、毛細波（capilary?waves）,?最大氣泡法（maximum?bubble?pressure?method）和滴體積法（Maximum?drop?volume?method）等。這些方法在實際測試過程中存在易受外界因素干擾、測值精度一般、無法測試液－液界面張力的缺陷。目前，商業化的動態表面張力儀主要為最大氣泡法和滴體積法的儀器，包括德國Kruss、瑞典Biolin、德國site、日本Kyowa、德國Lauda等公司。而在這兩種方法中，以最大氣泡法應用較為普通。相較于其他方法，最大氣泡法采用了壓力傳感器測試壓力差后，通過Young-Laplace方程經過經驗值修正后，計算得出表面張力值。這樣的測試過程相對而言充分利用了壓力傳感器的高速、靈敏度高的優勢，可以感測得到比較快的時間的表面張力變化。商業化的儀器顯示，其反應速度最快可達5ms（0.005s）。但是，由于測試原理決定，在實際應用中存在比如毛細管材質、毛細管直徑、額外壓力等復雜的修正、氣泡形成過程中氣泡間隔時間與氣泡脫離時間是否一致等各種影響測值的問題，從而嚴重影響了動態吸附的評估。從實際測試結果來看，最大氣泡法的數據很少有0.01秒這樣級別的，通常均是秒級的比較多。從而也證實了其實際應用于動態測試效果不好。

2011年，德國R．Miller在《bubble?and?drop?interfaces》（VSP，2011）中對如上的最大氣泡法、滴體積法的儀器的相關技術進行了總結。同時，書中重點對其長期提出的毛細管壓法動態表面張力（Capillary?pressure?tensiometry）測試技術進行了全面總結（原書第143頁）。這種技術是對動態界面張力測試的一種嘗試，也取得了一定的成功。毛細管壓法的核心在于測試毛細管壓力差以及拍攝圖像的頂點曲率半徑，計算得出動態界面張力（當然，表面張力測試也是完全可以的）。其優點同樣是利用的壓力傳感器的高靈敏度、響應快的優勢，但缺點也是非常明顯，包括：第一，在計算值的時候，需要通過圖像法計算頂點曲率半徑，這個數據與壓力傳感器的數據同步性立即降低；第二，大部分液滴在形成懸滴（pendant?drop）時，很難保證其符合最簡化的Young-Laplace方程，即表面張力值σ=ΔP/2*R₀,所以測值的精確度大大降低了。在實際的測試數據中我們也可以看到，測試時，R.Miller很少提供高速吸附的參考數據，通常的動態吸附均為秒級的。R.Miller對毛細管壓法動態表面張力儀的結構進行了描述，采用了注射泵和壓電陶瓷活塞（piezo-piston）的結構。同樣的，商業化的儀器如德國Kruss、Dataphysics的儀器中也采用了類似的結構。其顯著特征為由于壓電陶瓷活塞（壓電陶瓷振蕩片）本身會帶電，所以液滴形成腔體以聚甲醛等類似的塑料件組成，而非金屬件。因而，有效的控制溫度是其明顯的缺點。而且，壓電陶瓷活塞的密封結構無法適應高速（毫秒級）的機械運動。而且，在實際應用中，簡單的壓電陶瓷活塞結構很容易導致排氣不干凈，存在氣泡問題，從而影響快速形成的壓力的傳導。