[發明專利]測量電場下固液界面前進/后退角的裝置及方法

在審

• 申請號: 201910501030.3
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110132798A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張亞鋒;湯程;吳曉蘭;王永寧;余家欣;何洪途;齊慧敏
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 賈曉燕

本發明公開了一種測量電場下固液界面前進/后退角的裝置及方法，將待測液滴放置于兩帶電極板之間，液滴分別與兩帶電極板接觸，兩帶電極板在做合攏或分離運動過程中將對待測液滴產生壓縮或拉伸作用，從而導致待測液滴的接觸線在極板上發生向前或向后運動，通過高速攝像機記錄下液滴在受到壓縮和拉伸時的形態變化，通過圖像處理獲得待測液滴在電場下的前進/后退角。該方法對于上下極板、拉壓裝置、液滴種類、電場大小等參數可根據實驗的具體情況進行調整，可進一步提高實驗的準確性和兼容性，實現通過一個實驗裝置對多種液滴在不同環境下的前進/后退角的測量，能很好的滿足測量電場下固液界面液滴前進/后退角的要求。

技術領域

本發明涉及一種測量電場下固液界面前進/后退角的裝置及方法，可用于精準測量不同材料和不同液滴在電場下的前進/后退角，屬于測量技術領域。

背景技術

固液界面的潤濕特性在藥物開發、車輛防污、材料保護、玻璃自潔等方面都具有重要作用。液滴在固體表面的前進/后退角是固/液/氣界面相互作用關系的宏觀表現，是研究固液界面行為最重要的參數之一。通過電場控制微液滴的運動在微流體芯片、電潤濕透鏡、電子紙等行業具有廣泛的應用，測量電場下固液界面前進/后退角是產品研發中的關鍵步驟，因此亟需研發一種能快速、準確測量電場下固液界面前進/后退角的方法。

目前常用于測量液滴前進/后退角的方法有兩種，一種為加/減液法，另外一種為傾斜板法。加/減液法通過接觸角測量儀的微型泵將標準試液以預先設定流速滴加于待測固體表面，通過高速攝像頭記錄加/減液過程中固液界面接觸線和接觸角的變化情況，通過圖像軟件分析獲得液滴的前進/后退角。該方法所使用的液滴為幾種固定待測液體，若要測量特殊液滴的前進/后退角，需要進行繁瑣的調試，極大的影響實驗效率。傾斜板法是將待測液滴置于待測樣品表面，將待測樣品表面緩慢、勻速地傾斜，使液滴在重力的作用下發生形態改變并發生滾動，通過圖像采集液滴滑動瞬間的形態，從而獲得液滴的前進/后退角。該種方法以液滴重力為動力源，對液滴體積和待測表面的傾斜角度均有嚴苛的要求，操作不方便，實用范圍較小。以上方法適用于測量無電場下液滴的前進/后退角。然而，測量電場下固液界面間液滴前進/后退角需要引入電場，而電場的引入可能會降低儀器的測試精度或造成儀器損壞。因此，上述測量方法均無法在電場條件下完成前進/后退角的測試，因此，亟待開發一種操作便捷、測量精度高、能適用于電場環境、精確快速的測量固液界面間液滴前進/后退角的方法。

發明內容

本發明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點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種測量電場下固液界面前進/后退角的裝置，包括：

塑料透明操作箱；

水平底板，其設置在塑料透明操作箱內；

電動位移平臺，其通過支撐架連接在水平底板的上方；且所述電動位移平臺的伸縮平臺朝向所述水平底板；

銅板，其連接在水平底板上；

下極板，其通過導電凝膠粘結在銅板上；

導電拉壓桿，其一端連接在電動位移平臺的伸縮平臺上，另一端通過導電凝膠粘結在上極板上，以使所述上極板位于下極板的上方，且所述上極板和下極板形成液滴容納空間；

電源，其設置在水平底板上，所述電源的正極與不銹鋼拉壓桿連接，負極與銅板連接；

高速攝像機，設置在水平底板上，且所述高速攝像機的攝像頭對準上極板和下極板形成的液滴容納空間。

優選的是，所述下極板包括：硅片、鍍在硅片上的絕緣層和涂覆于絕緣層上的疏水層。

優選的是，所述絕緣層為200～400nm的SiO2涂層，所述疏水層為特氟龍層。

優選的是，所述上極板包括：硅片和涂覆于絕緣層上的疏水層。