[實用新型]測量電場下固液界面間摩擦力的測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821886336.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN209432678U
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亞鋒;湯程;王永寧;吳曉蘭;余家欣
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 賈曉燕

本實用新型公開了一種測量電場下固液界面間摩擦力的測量裝置，包括：透明塑料操作柜、水平底座、激光傳感器、電動位移平臺、直線型懸臂梁、高速攝像頭、支撐架、電源以及數(shù)據(jù)控制處理終端。在測量過程中，隨著電動位移平臺的緩慢移動，由于直線型懸臂梁與液滴的摩擦力的作用，直線型懸臂梁發(fā)生變形，通過激光傳感器記錄下實驗中直線型懸臂梁變形的具體數(shù)值，便可計算出電場下固液之間的摩擦力。同時，高速攝像機拍攝整個實驗過程，記錄液滴的上下表面接觸角及接觸面積的變化。該測量系統(tǒng)具有操作簡單、成本低廉、適用范圍廣、測量精度高的特點，能很好的滿足測量電場下固液界面之間摩擦力的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及到一種測量電場下固液界面摩擦力的測量裝置，具體涉及到利用激光測量懸臂梁的微小變形，通過懸臂梁變形與固液界面行為之間的關(guān)系計算出電場下固液界面摩擦力。

背景技術(shù)

固液界面行為在生產(chǎn)生活中具有極為重要的作用。通過研究固液界面行為，能在航天航空、船舶制造、紡織、建筑、環(huán)保等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)抗污、抗結(jié)冰、抗粘附、自清潔、吸附等功能。因此，研究固液界面行為不僅能促進基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，還能對科技水平的提高起到極大的促進作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需求的擴大，主動控制固液界面行為已成為未來的發(fā)展趨勢和研究熱點。前期研究主要通過改變固體或液滴性質(zhì)以滿足需求，如通過改變固液界面行為，使固體表面實現(xiàn)超親水或超疏水狀態(tài)以滿足要求，屬于準靜態(tài)控制固液界面行為。隨著自動化和信息化的發(fā)展，動態(tài)控制固液界面行為勢在必行。通過電壓主動控制固液界面行為是各種主動控制方式中應(yīng)用最為廣泛的一種方式。如通過電壓控制微流體實現(xiàn)微流體的分離、合并和運輸?shù)裙δ埽言诜治龌瘜W(xué)、生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著微流體控制設(shè)備集成化、微型化的進一步發(fā)展，微觀尺度上的固液界面行為變的更加復(fù)雜，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性產(chǎn)生極大的影響，已成為微流體控制從實驗室走向應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。因此，深入研究電場下的固液界面行為成了目前研究的熱點和難點。

固液界面摩擦力是固液界面最主要的作用力，對固液界面行為起到主導(dǎo)作用。目前，微觀尺度下的固液界面行為通常使用傾斜板裝置和原子力顯微鏡、表面力儀等科研設(shè)備對摩擦力進行研究。傾斜板裝置主要通過觀察液滴在重力的作用下在傾斜板上的運動規(guī)律，通過計算得到固液界面摩擦力。該方法操作簡單，數(shù)據(jù)直觀，但測量精度很低，測試的液滴受各種因素限制，如隨著液滴尺寸減小，固液界面摩擦力過大，液滴在傾斜板不會發(fā)生運動，將導(dǎo)致測試無法完成。因此，當液滴處于微觀尺度時，通常采用原子力顯微鏡、表面力儀等精密儀器對固液界面的摩擦力進行測試。這類儀器的原理是通過一個微型探針去接觸覆蓋有水膜的固體表面，通過探針與固體表面接觸和分離時的電信號反映固液界面的粘附行為。這種測量方法得到的數(shù)據(jù)準確，但數(shù)據(jù)反應(yīng)的并不是完全的固液界面行為，而是固-液-固三相之間的一種耦合行為，這與實際工況有較大差異。此外，原子力顯微鏡、表面力儀等屬于精密儀器，對操作人員、試驗環(huán)境、試驗過程、試驗樣品等都提出了極高的要求，微小的變化因素會造成很大的實驗誤差。不僅如此，測量電場下的固液界面摩擦力需要引入電場力和液相環(huán)境，在這個過程中會降低儀器的測試精度及可能造成儀器損壞。因此，亟待開發(fā)一種操作便捷、測量精度高、能適用于電場和液相環(huán)境的方法和裝置，用于精確快速的測量電場下固液界面之間的摩擦力。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種測量電場下固液界面間摩擦力的測量裝置，包括：

透明塑料操作柜；

水平底座，其設(shè)置在透明塑料操作柜內(nèi)；

電動位移平臺，其水平設(shè)置在水平底座上；

水平銅板，其粘接設(shè)置在電動位移平臺的滑移塊上；所述水平銅板的上方粘接介質(zhì)上電潤濕標準實驗樣品；其中，在介質(zhì)上電潤濕標準實驗樣品上滴加液滴；