[實用新型]接觸角測量裝置的加液裝置

有效

• 申請號: 201721170806.0
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN207114376U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 宋碧海;宋少佩
• 申請（專利權）人: 寧波新邊界科學儀器有限公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 杭州新源專利事務所(普通合伙)33234
• 代理人: 丁海華

技術領域

本實用新型涉及一種加液裝置，特別是一種接觸角測量裝置的加液裝置。

背景技術

在眾多的表面/界面測量、表征的方法中，液體在固體表面的接觸角測量技術作為一種表面分析、表征技術，具有儀器設備相對簡單、價格相對低廉、操作方便、測量條件接近實際使用環境、獲得信息量大等諸多優點，所以近年來，這些測量方法被廣泛地應用于基礎理論研究、新產品的研發和工業生產領域的質量控制,對這類儀器的需求量也逐年增加。

測量液體在固體表面的接觸角，其中的一個重要步驟是需要在固體表面形成一個液滴(座滴，sessile drop)，然后才能夠通過對液滴的圖像(側面或俯視圖像)形狀分析和計算獲得接觸角等相關物理量。在多數情況下，根據待測樣品的具體條件，要求在一個比較寬的范圍可以控制形成的、用于測量的液滴體積。

接觸角測量的加液方式分為二種：一是通過液體與樣品表面接觸實現液體轉移而形成液滴的接觸式加液方法，使用此方法的加液裝置大多為注射泵或注射器；一是通過對液體加壓或擠壓賦予液體足夠的(動)能量，同時控制液體的流出，使其在針管/噴嘴出口形成液滴或液流(jet)并自行飛(流)離針管/噴嘴出口的非接觸式加液方法，使用此方法的加液裝置通常采用微型閥控制液體的流出和流出體積。上述的兩種加液裝置都只能適用于各自的方法。

接觸式加液的注射泵能夠比較準確地控制加液的體積，而且可以進行雙向加液。使用時，形成液滴的針管(或毛細管)首先在離開固體表面一段距離(比如3-10mm)的位置，通過控制加液量，在針管下端口形成一個指定體積的懸滴，然后通過相對移動，讓懸滴接近樣品表面，通過懸滴下端與樣品表面的接觸而將懸滴轉移到樣品表面上形成一座滴。在開始進行測量前或后，再通過相對移動讓針管(或毛細管)與樣品表面分開。但是這種操作相當繁瑣，比較浪費時間，而且給測量方法的進一步自動化帶來了額外的困難和障礙。

前述的非接觸式加液裝置，它的加液的體積雖然可以通過同時控制各種參數(如壓力，閥門孔徑和閥門開通時間等)進行調節，但最后得到的實際體積還受液體屬性和使用環境等因素的影響，是相對的。該裝置加液體積的絕對值必須通過對每一種組合(液體/壓力/閥門孔徑/閥門開通時間/…)的實際測量和運用所得到的校正曲線才能獲得，而且容易受各種參數的影響(液體純度/溫度/壓力/閥門孔徑在使用過程中的變化等)。對于未經過測量的液體或組合，無法直接指定加液體積。

由于本身結構上的限制，上述非接觸式加液裝置不具備雙向加液功能，無法回吸液體。在接觸角測量方法中，由于在實際固體(如幾乎所有的高分子)表面普遍存在的接觸角滯后現象，不但需要測量所謂的靜態(static)接觸角，而且經常需要測量液體在固體表面的動態接觸角，它包括動態前進接觸角和后退接觸角。只有通過獲得動態接觸角的信息才能完整地描述固體表面的潤濕屬性(M.Strobel,C.S.Lyons,An Essay on Contact Angle Measurements,Plasma Process and Polymers 2011,8,8-13)。一個常用的測量動態前進接觸角和后退接觸角的方法是通過讓液滴(座滴)體積不斷地、緩慢地擴大和縮小的手段(液滴體積增減法)，這里既要通過輸出液體讓液滴增大，也要通過抽回液體讓液滴再縮小。所以沒有抽回功能的液體分配裝置就無法應用于通過縮小液滴體積來進行動態后退接觸角的測量，也就無法通過這一方法獲得完整的動態接觸角的信息。

其次，常見的光學接觸角測量儀除了可以進行液體在固體表面的接觸角和潤濕性測量，還可以測量液體表面/界面張力。通過對形成的液/流-懸滴的圖像分析，可以獲得非常準確的液/流-體系的表面/界面張力值，而且與傳統的基于測力的表面張力儀相比，這一方法的應用范圍更廣，操作更簡易，自動化程度高。所以通常的接觸角測量儀中配置的液體(或流體)分配系統除了用于在固體表面產生一定體積的液滴用于進行接觸角測量之外，還被同樣用來形成懸掛在針管端口的懸滴以進行表面/界面張力的測量。采用基于上面敘述的(運用微型閥或壓電單元的)非接觸式液體分配裝置目前還無法被用來直接形成懸滴或者對懸滴的體積在測量過程中進行準確地控制或調制(包括縮小體積)，因為它的加液方式是單向的。所以這樣的加液方法也無法實現同一個加液裝置可以被用于不同測量方法或模式的通用目的。

實用新型內容