[实用新型]一种超导磁体模拟微重力环境下接触角测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量固-液动、静态接触角的装置。

背景技术

接触角是指将液体滴在固体水平平面上，在固、液、气三相交点处，固液界面与气液界面两切线把液滴夹在其中所形成的夹角。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数。通过对接触角的研究，可以深入理解各种界面现象，获得固气界面、固液界面、气液界面的诸多信息。

文献“接触角测量技术的最新进展.理化试验-物理分册.2008，44：84-89”报道了接触角测量技术的最新进展，目前接触角的测量方法主要有量角法、测力法、小液滴球冠法、液饼法、垂片法、透过法等。方法一：测力法是将测试固体薄板通过金属丝连接于电子天平，当薄板未浸入液体时，薄板只受到重力作用，得到测力装置的读数；当薄板浸入到液体一定深度达到平衡时得到一个读数，然后通过一系列的数学公式计算得出接触角的值。在超导磁体大梯度强磁场中，不同位置物体受力不同，显然，用测力法在超导磁体内测接触角是不可行的。方法二：小液滴球冠法是在液滴足够小时，忽略重力的影响，认为液滴是理想的球冠，通过测量液滴的高和球体的直径应用几何知识计算出接触角值。超导磁体可以长时间模拟微重力环境，即使在这种环境下液滴也不可能是理想的球冠，此外液滴太小时受线张力影响显著，针头对液滴干扰也大，因此测量值不够准确。方法三：液饼法是将待测液滴在固体表面上，不断增加液体的量直到液滴高度不再增加而液滴直径不断增加的情况下，量出液滴的高度，记录液体的体积，再根据相应数学公式计算出接触角值。这种方法测得的接触角是一个临界值，而不是动态的接触角值。方法四：垂片法是将待测薄片插入水中，由于毛细作用，液体会沿薄片上升，量出上升的高度，根据相应数学公式算出接触角值。在超导磁体大梯度强磁场中，受空间和CCD观测系统的限制，此法也难以适用于超导磁体模拟微重力环境下接触角的测量。方法五：透过法只适用于固体粉末接触角的测量，但不适用于表面光滑的材料接触角的测量。

量角法是应用最广泛、最直接的方法。专利“真实液滴法测试固-液动、静态接触角的仪器和方法，CN：101865807 A，2010.10.20”发展了一种基于真实液滴法测量固-液动、静态接触角的方法和仪器。这种方法是通过数学算子自动查找实时捕捉图像的边缘，从而计算出接触角。文献“Low rate dynamic and static contact angles and thedetermination of solid surface tensions.Colloid Surface A，1996，116(1/2)：63-77”发展了一种用于测量接触角的ADSA-P软件，能够自动计算出接触角、液体体积、表面能的参数。文献“The apparent contact angles of liquids on finely grooved solid surfaces a SEMstudy.J.Adhesion.1977，8(1)：223-234.”发展了一种从底部挤出和吸入液体的接触角测量仪，此法很好的避免了针头对液滴的干扰，测量结果较准确。但是，以上方法和仪器只适用于在重力场下接触角的测量，这些仪器自动化程度较高、体积庞大、结构复杂。对于超导磁体圆柱形腔室直径仅为50mm的有限空间来说，根本无法应用。另外超导磁体本身具有高强磁场，而传统接触角测定仪、CCD观测系统一般由铁磁性的材料制成，因此无法适用于超导磁体内接触角的测量。

发明内容

为了克服现有技术体积庞大且无法在超导磁体内使用的不足，本发明提供一种在超导磁体模拟微重力环境下固-液动、静态接触角测量装置，满足在超导磁体模拟微重力环境下测量固-液动、静态接触角的同时，也可以满足在常重力条件下固-液动、静态接触角的测量，可进行两者的对比实验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括密闭腔室、CCD观测系统、进液系统、照明系统和样品夹系统。密闭腔室是由密封罩围成一个密闭空间，一端有玻璃视窗，CCD观测系统置于玻璃视窗外部，可以实时观测和捕捉图像；进液系统包括螺纹推杆、进样器(注射器)、连接软管和针头，注射器固定在密闭腔室内，通过旋转螺纹推杆实现注射器推杆的推拉，进而完成液体的挤出与吸入，注射器出口通过连接软管连接针头；照明系统安装在密闭腔室底部，照明系统的光源正上方依次是样品夹和针头，针头的针尖垂直于样品夹。