[实用新型]测量液体在固体表面的前进接触角、后退接触角以及滞留力的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及测量液体在固体表面的液/流/固-界面参数的装置，特别是测量 液体在固体表面的前进接触角、后退接触角、润湿性、附着力（adhesiveforce）和滞留力 (retention/retentiveforce)等液/流/固-界面参数的测量装置。

背景技术

液体在固体表面的润湿性、接触角及其滞后程度(contactanglehysteresis， CAH)以及液滴在固体表面的附着（adhesion）和滞留(retention)现象是重要的液/流/固- 界面参数，涉及基础理论研究和实际应用的许多方面(GeoMerceretal.,Process DrivenModelsforSprayRetentionbyPlants.InWake,G.(Ed.)Proceedingsof the2006Mathematics-In-IndustryStudyGroup,30January-3February2006, NewZealand,Auckland)，如农药在植物叶子表面的喷洒，蒸汽(水汽)在叶片/机翼表面的 冷凝，车窗玻璃表面的水珠聚集/滞留等。而液滴在固体表面的滞留力或保持力 (retention/retentiveforce)在这些现象和过程中均起着相当关键的作用，而滞留力又 与液滴在固体表面的前进接触角和后退接触角以及液滴在（倾斜）固体表面的形状紧密相 关。测量液滴在固体表面的接触角，尤其是前进/后退接触角也是衡量/表征液体在固体表 面的润湿性的重要和目前最常用的手段。通过把一定体积的液滴置于一固体表面，然后不 断地倾斜固体表面，同时观测和测量该液滴的形状和其在固体表面的位置的变化，在一定 的条件下可以从同一液滴获得静态接触角、前进接触角、后退接触角、和液滴开始发生滑动 （或滚动）的最低表面倾斜角度，从而获得液滴在固体表面的接触角滞后程度（CAH）和滞留 力。这样的测量方法称为倾斜台方法（tiltingstagemethod），可以通过倾斜整体接触角 测量仪或其部分组件（如只倾斜放置固体表面的样品台）来实现。这一测量方法的缺陷主要 表现在：（a）整体接触角测量仪倾斜法非常笨重，不但需要实现体积庞大、结构复杂的整套 设备的倾斜，而且在倾斜状态下，有些部件（如加液装置）无法正常工作；（b）不管是整体接 触角测量仪倾斜法还是部分组件倾斜法，都无法保证液滴在倾斜过程中一定会发生滑动 （或滚动），也无法保证液滴的上、下端三相接触点发生移动。前者意味着不能保证测量获得 起始滑动/滚动倾斜角，后者意味着无法测量得到前进或后退接触角；（c）倾斜台法的另一 个缺陷在于测量得到的起始滑动/滚动倾斜角往往难以重复，这其中的部分原因在于许多 可能的、关联的影响因素在这一测量过程中无法得到独立、准确的控制。比如在倾斜过程中 无法保持液滴对固体表面的正压力的恒定，而后者可能会影响液滴在固体表面的滞留力， 从而影响起始滑动/滚动倾斜角。（d）倾斜台法的最大驱动液滴发生滑动（或滚动）的力是液 滴所受到的自身重力（当倾斜角为90度时），如果液滴在此力作用下还不能发生相应的运 动，就无法实现相应的参量的测量，如前进/后退接触角、起始滑动/滚动倾斜角等。许多接 触角不是很大，或虽然接触角大但接触角滞后程度（CAH）同样也大的体系就无法通过倾斜 台法来获得相应的参数。虽然可以通过不断地增加液滴的体积来部分地影响这一过程（增 加液滴自身的重力），但这同时也改变了液滴与固体表面的接触面积，另外也受到很大的限 制，不是对如何体系都可以通过这一手段达到相应的目的。

当前另一种测量液体在固体表面的前进接触角和后退接触角的通用方法是采用 液滴体积增、减法，也就是通过缓慢地增加或减少液滴的体积迫使其三相接触线发生移动 来测量移动发生前一瞬间的接触角的方法。这一方法一般也只对接触角较大的体系才适 用，而且在实际操作过程中也时常伴随着种种问题(如液滴呈现严重不对称性)；另外在测 量后退接触角时浸埋在液滴中的毛细管的润湿性将对测量结果产生影响，导致这一数值的 重复性往往不好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种测量液体在固体表面的前进接触角、后退接触 角以及滞留力的装置。本实用新型具有结构简单、操作方便、测量范围广、测量准确度高、可 重复性好的特点。