[实用新型]真空、控温条件下界面张力和接触角值的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种界面参数的测定装置，具体为一种用于真空及控温条件下测试界面张力和接触角值的测量装置，属于界面化学分析领域。

背景技术

液-液界面张力、液-气表面张力以及固-液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数。接触角是指在固体水平平面上滴上一小滴液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角度，接触角测试是分析固-液界面物理化学性质的最主要手段，通过测试所得到的接触角值，经过Equation of state算法，仅使用一种液滴就可以非常准确的分析得出固体的表面张力值（达因值）。而液-液界面张力以及液-气表面张力的测试也是物理化学分析中最主要的物性指标。通过理论分析我们知道，压力和温度是影响物质表面化学性质的最主要两个指标。真空条件下测试接触角和界面张力的特殊性在于：抽真空会将液体迅速吸收。因此，现有专利中的一般性的理论上的解决方案根本无法满足这方面需求。如中国专利ZL200910034768.X《一种控温湿同步测量液滴温度、表面张力、接触角的装置》以及ZL201210127093.5《一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置》，描述了一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置，是一种比较模糊的理论性描述，具体实施细节也是概括性描述，从实施来看，特别是在真空条件下，没有可操作性。

目前，接触角和界面张力测试仪器通常均是标准设计的仪器。如现有专利资料库中《基于高速图像处理的液体表界面动态特性测量分析仪》专利号：200610050811.8和200620103753.6，《一种静态接触角的自动检测方法》专利号201010288857.X，《接触角及表面能测量装置》专利号：201010600278.4，《测量接触角装置》专利号：200710142656.7，《一种自洁玻璃接触角的在线测量方法》专利号：200710008521.1等。

美国专利US4942760《APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF INTERFACIAL TENSION》提出了一个相对近似的有压力条件下测试界面张力的一个装置，但其专利主要创新点在于可以通过一个特殊设计的可在线更换针头的机构测试高压条件下液-气界面张力的方法，虽然提出了需要用到两个增压泵，但是其工作原理为通过压力循环的方式完成压力控制，而不是注入双向液，通过仿真分析，我们也可进一步得出结论，这样的装置的密封性很一般，无法完成高压条件下的密封要求；而且，液-气界面张力测试通常压力增加到一定数量，气体即液化，根本无法完成测试。从换针头的机构设计来看，这样的装置的测试算法是最基础的select plane算法，针头的直径直接会影响到测值结果。所以，专利中提出的内容相对比较落后，可实施性一般，也无法解决前述的超高压、控湿、高精度界面张力和接触角测值的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题及不足，本实用新型提供了一种用于解决真空和控温条件下的界面张力和接触角测试装置，该装置主要由石英玻璃制成的双侧观察窗的真空控温腔体、真空连接配件、注射泵及其控制部件、带远心镜头的摄像机和平行光源组成，通过拍摄液滴的轮廓图像后，采用拟合Young-Laplace方程测试得到接触角和界面张力值。   

为实现真空和控温条件下完成高精度测试有粘样样品体系的接触角和界面张力的目的，本实用新型在整个结构布局、备件采购、光路设计、测试算法等方面采用了以下的技术方案，具体内容如下。

设计一个综合了通用条件和真空控温条件影像法接触角和界面张力测试的真空、控温条件下界面张力和接触角值的测量装置，包括：压帽，上盖板， KF50标准接口，石英玻璃观察窗，毛细管，压帽，真空阀门，微量进样器，注射泵，垂直向移动一维光学平移台，支架，远心镜头，镜头固定环，摄像机，电气控制箱，LED平行光源，XYZ三维光学平移台，KF16真空接口，二维水平调整平台，针头，四个水平调整脚，相机固定支架，真空控温腔体，真空控温腔体的后方提供有温度传感器和循环水/导热油快速接口，在注射泵控制结构中提供了一个控制针头左右位置的XY两维光学平移台。