[发明专利]接触角和界面张力的测定方法以及测定装置

权利要求书

1.一种垂直旋转法测定接触角的装置，包括数据处理器、直流伺服电机、旋转轴、样品管、光源和图像采集器，其特征在于，所述的旋转轴为垂直设置，在直流伺服电机的驱动下，旋转轴绕其垂直的轴线进行垂直旋转。

2.根据权利要求1所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，所述的旋转轴具有用于装载样品管的内部空间，该内部空间的截面形状为圆形、椭圆形或矩形,并具有定位功能，使插入的样品管的平行窗口与旋转轴的开口方向保持一致。

3.根据权利要求2所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，该旋转轴的侧壁上开设有两个平行相对的可以透光的开窗。

4.根据权利要求1-3任一项所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，所述的样品管具有相对平行的两个通光面。

5.根据权利要求4所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，所述的样品管上端具有封塞,该封塞的下端面设有固体基面层。

6.根据权利要求5所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，所述的固体基面层的材质为玻璃、金属、石蜡、聚合物或实际需要的材质。

7.根据权利要求1所述的垂直旋转法测定接触角的装置，其特征在于，所述的光源和图像采集器设置于旋转轴的两侧，所述的光源为频闪灯和/或者常明灯，所述的图像采集器为CCD摄像机或者CCD照相机。

8.一种垂直旋转法测定表面张力的方法，该方法包括以下步骤：

在样品管中装入第一流体和第二流体，控制好第二流体的体积使第二流体在随着样品管进行转动时，第二流体形成的滴泡不与样品管壁接触而与固体基面层接触；

将样品管进行垂直旋转，并在样品管内的流体稳定后由图像采集器采集第二流体的轮廓图像；

对上述的轮廓图像的最低点为原点建立圆柱坐标系，以即重力方向为z轴，水平方向为x轴，并对轮廓图像进行数字化处理得到第一流体与第二流体相接处的接触线在该坐标系上的轮廓线，根据轮廓线的对称性对z轴的方向与坐标原点的位置进行优化，从而使该轮廓线上的每个点都具有该圆柱坐标系上的足够准确的坐标；

依据垂直旋转Laplace毛细方程（式1），有很多方法可以优化出界面张力γ和顶点曲率半径b；其中一种是通过该轮廓线的部分或全部坐标进行数值解-参数拟合，得出界面张力γ和顶点曲率半径b；或者根据轮廓线的坐标拟合出一个多项式z＝f(x)（例如x的阶次为六次），根据轮廓线上多点的近似解回归出最优的γ和b；

所述垂直旋转Laplace毛细方程为：

γ(1R1+1R2)=2γb-12Δρω2x2+Δρgz---(1)]]>

式（1）的微分形式为

z′′(1+z′2)3/2+z′x(1+z′2)1/2=Δργ(gz-ω2x22)+bγ---(1a)]]>

式（1）和式（1a）中γ为界面张力，Δρ为第一流体的密度与第二流体的密度差，ω为样品管的旋转的角速度，g为实验所在地的重力加速度，b为原点处的曲率半径。