[发明专利]一种软物质材料的表面粘附能和弹性模量的测量方法

权利要求书

1.一种软物质材料表面粘附能和弹性模量的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据被测样品的物理和化学性质进行测试样品的制备和探头的选择；

（2）所述测试样品的水平基底和所述探头以匀速相互接触并分离；

（3）在步骤（2）的整个过程中用压力传感器、位移传感器和光学显微镜分别同时测量所述水平基底与所述探头接触时的相互作用力P、相对位移δ和接触半径a；

（4）在软件的控制下步骤(2)可选择多次重复；

（5）利用步骤（3）中获得的数据，根据JKR理论定量分析所述测试样品的粘附能和弹性模量。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述水平基底和所述探头在电脑和步进电机的控制下以速度1～40μm/s连续地沿垂直方向进行相向运动，所述水平基底和所述探头接触并形成一个所述接触半径为a的圆形接触面积，所述水平基底与所述探头之间的垂直方向作用力为所述相互作用力P，所述水平基底与所述探头接触后的相对位移为δ，然后所述水平基底与所述探头以相同速度进行相反运动直至分离。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述测试样品制成平整的弹性薄膜A附着于透明基底，薄膜A的厚度为h，对应选择球形或球冠形状的刚性无机探头或刚性金属探头；

所述球形或球冠形状的半径为R，球面可根据需要均匀地镀上厚度为m的高分子材料薄膜B；所述高分子材料薄膜B的厚度h >> δ >> m，a/δ> 1/2。

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述测试样品制成球冠形状的弹性探头，对应的水平基底为平面刚性材料；所述平面刚性材料为清洁的载玻片或硅片或镀金硅片，可根据需要均匀地镀上厚度为n的高分子材料薄膜C；所述高分子材料薄膜C的厚度h >> δ >> n，a/δ> 1/2。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述球冠形状的弹性探头的球面半径为R，底面半径为r，高为h。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述光学显微镜从所述水平基底和所述探头中透明的一侧观察和记录所述接触面半径a。

7.根据权利要求3或6所述的测量方法，其特征在于，运用JKR理论定量计算弹性模量E^*和能量释放速率G，包括以下两步：

(1)计算弹性模量E^*

通过测得的数据a、δ和P，根据公式（1）可以计算得到弹性模量E^*；当a<<h时，可用公式（2）近似计算弹性模量E^*：

；

(2)计算能量释放速率G

当获得弹性模量E^*后，可以通过公式组Ⅰ或Ⅱ计算得到能量释放速率G：

。

8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述软物质材料是高分子弹性体、凝胶或薄膜。

9.根据权利要求3或4所述的测量方法，其特征在于，当测量所述测试样品与指定高分子材料表面的粘附能时，所述高分子材料薄膜B和所述高分子材料薄膜C的材料与所述指定高分子材料相同；当测量所述测试样品与疏水表面的粘附能时，所述高分子材料薄膜B和所述高分子材料薄膜C是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯；当测量所述测试样品与亲水表面的粘附能时，所述高分子材料薄膜B和所述高分子材料薄膜C是聚丙烯酸、聚乙烯醇或聚酰胺。