[發明專利]一種基于光反射的固體表面能測定裝置及方法

在審

• 申請號: 202011119714.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112284984A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉建科;李智智;騫來來
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02;G01B11/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，包括光源(1)、光束控制元件(2)、光路調節元件、觀察屏(5)、采集裝置及評估系統；光源(1)用于產生平行擴束光束，光束控制元件(2)及光束調節元件依次設置在平行擴束光束的光路上；光束控制元件(2)用于調節平行擴束光束的直徑，光束調節元件用于將平行擴束光束分為至少三個入射光束；

入射光束照射待測固體表面上的液滴后，形成反射光束；待測固體表面的上方平行設置有觀察屏(5)，反射光束在觀察屏(5)上形成反射光斑；采集裝置用于采集觀察屏(5)上的反射光斑，采集裝置的輸出端與評估系統連接，評估系統用于根據采集的反射光斑，計算得到待測固體的表面能。

2.根據權利要求1所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，光束調節元件包括第一分光鏡(6)、第二分光鏡(7)、第三分光鏡(8)、第四分光鏡(9)、第五分光鏡(10)、第一平面鏡(11)及第二平面鏡(12)；

第一分光鏡(6)置于平行擴束光束的光路上，平行擴束光束通過第一分光鏡(6)后，形成第一反射光束和第一透射光束；第一平面鏡(11)及第二分光鏡(7)依次設置在第一反射光束的光路上，第一反射光束依次經第一平面鏡(11)及第二分光鏡(7)反射后，形成第一個入射光束，第一個入射光束垂直照射在待測固體表面上的第一個液滴上；

第三分光鏡(8)設置在第一透射光束的光路上，第一透射光束通過第三分光鏡(8)后，形成第二反射光束和第二透射光束；第二平面鏡(12)及第四分光鏡(9)依次設置在第二反射光束的光路上，第二反射光束依次經第二平面鏡(12)及第四分光鏡(9)反射后，形成第二個入射光束，第二個入射光束垂直照射在待測固體表面上的第二個液滴上；

第五分光鏡(10)設置在第二透射光束的光路上，第二水平光束通過第五分光鏡(10)反射后，形成第三個入射光束，第三個入射光束垂直照射在待測固體表面上的第三個液滴上。

3.根據權利要求2所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，第一分光鏡(6)、第二分光鏡(7)、第三分光鏡(8)、第四分光鏡(9)及第五分光鏡(10)均采用半透半反鏡。

4.根據權利要求1所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，光源(1)包括激光器、擴束器及凸透鏡，激光器用于發射平行光束，擴束器及凸透鏡依次設置在平行光束的光路上，用于將平行光束調整為平行擴束光束。

5.根據權利要求1所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，光束控制元件(2)采用圓孔狀光闌，圓孔狀光闌上設置有刻度值。

6.根據權利要求1所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，其特征在于，觀察屏(5)采用光學毛玻璃。

7.一種基于光反射的固體表面能測定方法，其特征在于，利用權利要求1-6任意一項所述的一種基于光反射的固體表面能測定裝置，包括以下步驟：

步驟1、在待測固體表面設置至少三個液滴；

步驟2、打開光源，利用光束控制元件，調節平行擴束光束的直徑，使平行擴束光束的直徑大于等于液滴半徑的2倍；

步驟3、調整光路調節元件，將平行擴束光束分為至少三個入射光束，并使每個入射光束分別照射對應液滴表面，每個入射光束經對應液滴反射后在觀察屏上形成反射光斑，記錄每個反射光斑的直徑；

步驟4、調整觀察屏與待測固體表面的間距，記錄觀察屏調整后的每個反射光斑的直徑，計算觀察屏調整前后反射光斑的直徑差；

步驟5、重復步驟4，至少獲取三組觀察屏調整前后反射光斑的直徑差；

步驟6、利用若干組觀察屏調整前后反射光斑的直徑差，計算得到每個液滴與待測固體表面的接觸角；

步驟7、根據每個液滴與待測固體表面的接觸角，計算待測固體表面的表面能。