[发明专利]一种测试非浸润固-液界面微粘附力的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于界面性能测试领域，具体涉及一种非浸润固-液界面微粘附力测试装置和方法，在疏液功能材料性能表征和固液表界面研究中具有较好的实际应用前景。

背景技术

近年来，自然界植物叶表面的特殊疏水界面性能引起了人们广泛的关注，疏液性能是指材料表面与水滴的接触角大于90°的表面，这种表面与接触液体具有不浸润的特性。受到自然界启发制备的疏液材料可应用于油水分离、减阻材料、自清洁材料和抗结冰材料等，这些材料均在国防建设、工农业生产和日常生活中都有着极其广阔的应用前景。

在研究疏液表面的过程中通常使用静态接触角和滚动角来表征固体表面与接触液体间的排斥效果，但固体表面的微纳米结构设计和分子构成对表面与液体间的相互作用有较大影响，而对于这种疏液表面与接触液体间的黏附作用力的具体表征一直是固-液界面研究工作者的困惑与难题。固-液界面微黏附力研究与表征主要限定于非浸润性的固-液界面黏附力分析，当固液界面发生浸润作用时，液体完全铺展于固体表面，无法测试其界面作用力。因此，只有当固液界面发生不浸润作用时，但会因为固体表面的不同微纳米结构和分子结构，以及接触液体特性的差别，或外部环境的差异而产生固液界面黏附力的差异，这种差异对功能材料的表面性能起着关键评价意义，是功能材料在实际工况条件下能否满足具体实施要求的技术指标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，解决目前在功能材料的表界面性能评估中无法获得确切疏液固体表面和接触液体的界面微黏附力具体数值和比较黏附性能优劣的问题，提供一种测试类非浸润固-液界面微黏附力的装置及测试方法，同时可通过测试条件设置和环境模块来实现在不同条件下固-液之间的界面微黏附力的测试，通过曲线分析得到界面微黏附作用力的具体数值和固液界面分离的具体过程。

本发明是这样实现的：

一种测试非浸润固-液界面微黏附力的装置，主要包括高精度微量力测试仪、力传感器、液体挂件、样品升降平台、数值记录仪、测试环境控制模块和防震平台，样品升降平台位于防震平台上，力传感器位于高精度微量力测试仪下方并与高精度微量力测试仪连接，在力传感器下方设置有液体挂件，高精度微量力测试仪和样品升降平台均通过数据连接线与数值记录仪连接，样品升降平台以及液体挂件均设置在测试环境控制模块控制的环境范围内。

还包括一个液体精密注射器，在测试时，通过液体精密注射器将测试液体以精准的体积悬挂于液体挂件上。

本发明还包括外部电源开关：用于控制整个测试非浸润固-液界面微黏附力的装置的供电系统。

下面对本发明的测试非浸润固-液界面微黏附力的装置涉及的主要部件进行具体说明。

高精度微量力测试仪：用于感知液体挂件上的液体与固体在分离过程中受到的拉力大小，对微小作用力的感知力较强。

力传感器：用于连接高精度力测试仪和液体挂件，将液体上的受力传递给微量力测试仪。

液体挂件：用于悬挂测试液体的小部件，可根据使用需求，将挂件头部制备成不同直径的微小圆圈，用于悬挂不同体积的液滴。挂件材质需选择硬度不低于HRC 35的材料，不易变形，包括聚合物、金属或合金等材料。

液体精密注射器：根据液体的粘度值可选择不同直径的注射针头，对注射液体的体积控制精度范围为不大于1uL。

样品升降平台：用于放置测试固体的平台，可控自由连续升降，平台表面光滑平整，表面粗糙度不大于0.1mm。

数值记录仪：用于微量力测试仪变化的数值记录、样品升降平台的位置记录和测试时间记录。

测试环境控制模块：用于控制测试非浸润固-液界面微黏附力的装置测试时的环境温度和环境压力的外置模块，可根据实际使用需求采用不同温度范围和压力范围的控制模块。

防震平台：用于放置整个测试非浸润固-液界面微黏附力的装置的台面，减少外部震动干扰精密力数值的读取。

本发明还提供了一种测试非浸润固-液界面微粘附力的方法，使用了本发明公开的测试非浸润固-液界面微粘附力的装置，并包括如下步骤：

(1)准备好测试液体和固体表面；

(2)根据需求选择合适直径大小的液体挂件，使用精密注射器将测试液体按需求体积注射至液体挂件小圆圈上进行悬挂，悬挂了测试液滴的挂件置于力传感器上；

(3)将测试固体放置于样品升降台上，通过升降控制固体表面与测试液体刚好接触，并继续缩小固体表面与测试液体之间的距离，按测试需求调整固-液间距，此时将微量力测试仪受到的力进行归零；