測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測量液體在固體表面的液/流/固-界面參數(shù)的裝置，特別是測量 液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角、潤濕性、附著力(adhesive force)和滯留力 (retention/retentive force)等液/流/固-界面參數(shù)的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體在固體表面的潤濕性、接觸角及其滯后程度（contact angle hysteresis， CAH)以及液滴在固體表面的附著(adhesion)和滯留（retention)現(xiàn)象是重要的液/流/固-界面參數(shù)，涉及基礎(chǔ)理論研究和實(shí)際應(yīng)用的許多方面（Geo Mercer et al.，Process Driven Models for Spray Retention by Plants. In Wake, G. (Ed.) Proceedings of the 2006 Mathematics-In-Industry Study Group, 30 January - 3 February 2006, New Zealand, Auckland)，如農(nóng)藥在植物葉子表面的噴灑，蒸汽(水汽)在葉片/機(jī)翼表面的 冷凝，車窗玻璃表面的水珠聚集/滯留等。而液滴在固體表面的滯留力或保持力 (retent ion/retent ive force)在這些現(xiàn)象和過程中均起著相當(dāng)關(guān)鍵的作用，而滯留力又 與液滴在固體表面的前進(jìn)接觸角和后退接觸角以及液滴在(傾斜）固體表面的形狀緊密相 關(guān)。測量液滴在固體表面的接觸角，尤其是前進(jìn)/后退接觸角也是衡量/表征液體在固體表 面的潤濕性的重要和目前最常用的手段。通過把一定體積的液滴置于一固體表面，然后不 斷地傾斜固體表面，同時(shí)觀測和測量該液滴的形狀和其在固體表面的位置的變化，在一定 的條件下可以從同一液滴獲得靜態(tài)接觸角、前進(jìn)接觸角、后退接觸角、和液滴開始發(fā)生滑動(dòng) (或滾動(dòng)）的最低表面傾斜角度，從而獲得液滴在固體表面的接觸角滯后程度(CAH)和滯留 力。這樣的測量方法稱為傾斜臺(tái)方法(tilting stage method)，可以通過傾斜整體接觸角 測量儀或其部分組件(如只傾斜放置固體表面的樣品臺(tái)）來實(shí)現(xiàn)。這一測量方法的缺陷主要 表現(xiàn)在：（a)整體接觸角測量儀傾斜法非常笨重，不但需要實(shí)現(xiàn)體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整套 設(shè)備的傾斜，而且在傾斜狀態(tài)下，有些部件(如加液裝置)無法正常工作；（b)不管是整體接 觸角測量儀傾斜法還是部分組件傾斜法，都無法保證液滴在傾斜過程中一定會(huì)發(fā)生滑動(dòng) (或滾動(dòng)），也無法保證液滴的上、下端三相接觸點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)。前者意味著不能保證測量獲得 起始滑動(dòng)/滾動(dòng)傾斜角，后者意味著無法測量得到前進(jìn)或后退接觸角；（c)傾斜臺(tái)法的另一 個(gè)缺陷在于測量得到的起始滑動(dòng)/滾動(dòng)傾斜角往往難以重復(fù)，這其中的部分原因在于許多 可能的、關(guān)聯(lián)的影響因素在這一測量過程中無法得到獨(dú)立、準(zhǔn)確的控制。比如在傾斜過程中 無法保持液滴對(duì)固體表面的正壓力的恒定，而后者可能會(huì)影響液滴在固體表面的滯留力， 從而影響起始滑動(dòng)/滾動(dòng)傾斜角。（d)傾斜臺(tái)法的最大驅(qū)動(dòng)液滴發(fā)生滑動(dòng)(或滾動(dòng)）的力是液 滴所受到的自身重力（當(dāng)傾斜角為90度時(shí)），如果液滴在此力作用下還不能發(fā)生相應(yīng)的運(yùn) 動(dòng)，就無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的參量的測量，如前進(jìn)/后退接觸角、起始滑動(dòng)/滾動(dòng)傾斜角等。許多接 觸角不是很大，或雖然接觸角大但接觸角滯后程度(CAH)同樣也大的體系就無法通過傾斜 臺(tái)法來獲得相應(yīng)的參數(shù)。雖然可以通過不斷地增加液滴的體積來部分地影響這一過程(增 加液滴自身的重力），但這同時(shí)也改變了液滴與固體表面的接觸面積，另外也受到很大的限 制，不是對(duì)如何體系都可以通過這一手段達(dá)到相應(yīng)的目的。
[0003] 當(dāng)前另一種測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角和后退接觸角的通用方法是采用 液滴體積增、減法，也就是通過緩慢地增加或減少液滴的體積迫使其三相接觸線發(fā)生移動(dòng) 來測量移動(dòng)發(fā)生前一瞬間的接觸角的方法。這一方法一般也只對(duì)接觸角較大的體系才適 用，而且在實(shí)際操作過程中也時(shí)常伴隨著種種問題(如液滴呈現(xiàn)嚴(yán)重不對(duì)稱性）；另外在測 量后退接觸角時(shí)浸埋在液滴中的毛細(xì)管的潤濕性將對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致這一數(shù)值的 重復(fù)性往往不好。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于，提供一種測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸 角以及滯留力的裝置。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量范圍廣、測量準(zhǔn)確度高、可 重復(fù)性好的特點(diǎn)。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以 及滯留力的裝置，包括底座，底座內(nèi)設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)，移動(dòng)平臺(tái)上方設(shè)有機(jī)架，機(jī)架內(nèi)設(shè)有電 機(jī)，電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)帶連接有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸下方設(shè)有位置觸發(fā)開關(guān)，旋轉(zhuǎn)軸上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)有壓緊塊;所述底座的兩側(cè)設(shè)有立柱，一側(cè)的立柱上設(shè)有攝像機(jī)，另一側(cè) 的立柱上設(shè)有背景光源，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)置在攝像機(jī)鏡頭和背景光源之間；所述的位置觸發(fā)開 關(guān)連接有控制電路板，控制電路板與攝像機(jī)相連。
[0006] 上述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的位置觸發(fā)開關(guān)為固定在旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器與控制電路板相連。
[0007] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，且所述的位置觸發(fā)開關(guān)包括固定在旋轉(zhuǎn)軸上的遮光盤，遮光盤的對(duì) 應(yīng)位置固定有光電傳感器;所述的光電傳感器經(jīng)線路與控制電路板相連。
[0008] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的移動(dòng)平臺(tái)包括固定在底座上的垂直移動(dòng)平臺(tái)，垂直移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有水平移動(dòng)平臺(tái)，機(jī) 架設(shè)置在水平移動(dòng)平臺(tái)上。
[0009] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的控制電路板經(jīng)RS232或RS485通訊電纜連接有控制計(jì)算機(jī)。
[0010] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的立柱與攝像機(jī)之間還設(shè)置有焦距調(diào)節(jié)平臺(tái)。
[0011] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)表面設(shè)有同心圓弧刻度。
[0012] 前述的測量液體在固體表面的前進(jìn)接觸角、后退接觸角以及滯留力的裝置中，所 述的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)為十字狀，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外側(cè)設(shè)有傾斜葉片，傾斜葉片與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，且鉸接 處設(shè)置有棘輪。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過攝像機(jī)抓拍處于旋轉(zhuǎn)離心力作用下的固體表面 上的液滴圖像，根據(jù)攝像機(jī)抓拍到的液滴圖像計(jì)算液滴在該固定試樣表面的前進(jìn)接觸角、 后退接觸角以及滯留力等表征液/流/固-相潤濕特征的重要參數(shù)。與目前常用的傾斜臺(tái)法 和液滴體積增減法相比，本實(shí)用新型相對(duì)簡單，操作更為方便，應(yīng)用范圍擴(kuò)展到幾乎所有的 體系，測量準(zhǔn)確度和可重復(fù)性高，為這一領(lǐng)域的研究和測量提供一嶄新、優(yōu)越的替代測量手 段。而且本實(shí)用新型能方便地被整合到普通的光學(xué)接觸角測量儀上，完成傳統(tǒng)的傾斜臺(tái)測 量法和液滴體積增減法無法完成的多種測量。此外，本實(shí)用新型可以在許多科學(xué)研究、產(chǎn)品 改良/開發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)過程等領(lǐng)域，測量有關(guān)液/流/固-界面潤濕的基本和重要的表征參 數(shù)。
【附圖說明】
[0014]圖1是實(shí)施例1的測量裝置的結(jié)構(gòu)示