[發明專利]一種同步測量液固界面相互作用和液固接觸面積的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010171781.6
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111239005B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 薛龍建;石奎;李利軍;李倩
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02;G01B11/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種同步測量液固界面相互作用和液固接觸面積的試驗裝置及方法，試驗裝置包括底座、圖像捕捉系統、樣品臺、進樣注射系統、測力傳感系統及圖像處理終端，樣品臺通過三維移動平臺安裝在底座上；進樣注射系統包括進樣支座和安裝在進樣支座上的針管及注射器，針管為折形針管，通過十字軸安裝在進樣支座上下，所述測力傳感系統用于測量針管下端沿著主運動方向的偏轉力和豎直方向的拉力，所述圖像捕捉系統包括兩個拍攝模塊，其中一個水平的安裝在底座上，另一個垂直的安裝在進樣支座上，分別對樣品臺側視和俯視拍攝，本發明可同時測量固液接觸作用力和接觸面積，可以直觀、方便地表征液固的相互作用，以探究液固界面的相互作用規律等。

技術領域

本發明屬于固液界面測量技術領域，涉及一種接觸測量裝置，具體涉及一種同步測量液固界面相互作用和液固接觸面積的試驗裝置及方法。

背景技術

固-液接觸角、液-液界面張力以及液-氣表面張力值等基本指標是衡量液體對固體材料表面潤濕性能的基本參數。接觸角是指在固體水平平面上滴上一小滴液滴，固體表面上的固－液－氣三相交界點處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時所形成的角度。接觸角值是由材料本身固有性質、化學異構性、表面物理結構、表面清潔度等各種因素綜合決定的一個指標。實驗發現固液接觸面積與固液摩擦及黏附有相關聯系。由于傳統的接觸角測量儀只能測量液體對固體材料表面的潤濕性能，無法準確測量固液摩擦過程中的固液體摩擦力、黏附力以及固液接觸面積在測試過程中的變化，也無法做到實時監測并對比接觸角、固液體摩擦力、固液接觸面積與材料特性的相關聯系。

發明內容

本發明所要解決的問題是：一種同步測量液固界面相互作用和液固接觸面積的測量裝置，它提供了一種直接研究液固體接觸摩擦力、黏附力和液固動態接觸面積的同步性問題的測試方法，來開發液-固體相互作用的新研究方向。

本發明所要解決的技術問題采取以下技術方案來實現：

一種同步測量液固界面相互作用和液固接觸面積的試驗裝置，其特征在于；包括底座和安裝在底座上的圖像捕捉系統、樣品臺、進樣注射系統、測力傳感系統及圖像處理終端，所述樣品臺通過三維移動平臺安裝在底座上，三維移動平臺的一個運行方向為主運動方向，所述樣品臺用于放置待測量的固定樣品；所述進樣注射系統包括進樣支座和安裝在進樣支座上的針管及注射器，所述進樣支座通過升降裝置安裝在底座上，所述針管為折形針管，針管一端通過十字軸安裝在進樣支座通上，另一端向前延伸到樣品臺上方并向下彎折，形成豎直段，所述測力傳感系統用于測量針管上下方向偏轉力和沿主運動方向的偏轉力，所述圖像捕捉系統包括兩個拍攝模塊，其中一個拍攝模塊通過支架安裝在底座上，拍攝方向與主運動方向垂直，另一個拍攝模塊安裝在進樣支座上，拍攝方向為俯視樣品臺方向。

進一步地，所述針管與十字軸的豎直軸一體化制作，即針管為階梯型，包括中部的水平段和位于兩端的豎直段，其中向下的豎直段作為針管的進樣末端，向上的豎直段作為十字軸的豎直軸通過轉動副安裝在十字軸的水平軸上，所述十字軸的水平軸通過轉動副安裝在進樣支座上，所述測力傳感系統包括分別安裝在水平軸和豎直軸處的扭力傳感器，兩個扭力傳感器分別用于測量水平軸和豎直軸的轉動扭力，從而轉換為針管的進樣末端的上下運動和沿主運動方向的接觸力。

進一步地，所述背景光源為平板光源，具體為采用亮度可調的LED平行光源。

進一步地，所述三維移動平臺為X、Y和Z三個方向的平移機構結合而成的三維移動平臺，其中Y方向為主運動方向，Z方向為垂直升降方向；所述三維移動平臺的XYZ三向運動速度為0.01毫米～20毫米每秒。

進一步地，所述針管的進樣末端設有增加與液滴結合力的膨大段。

進一步地，所述針管單次進樣液滴大小為0.1微升～50微升。

7.如權利要求2所述的試驗裝置，其特征在于；進一步地，所述拍攝模塊為CCD單元，兩個CCD單元捕捉的圖像和視頻通過圖像處理終端進行處理。