[发明专利]一种液滴表面张力测试方法

说明书

本发明涉及新材料研发领域，一种液滴表面张力测试方法，液滴表面张力测试装置包括旋转马达、旋转盘、支撑台、两根固定杆、摄像机、光源、计算机、金属环、待测液滴、电流源、电缆和电刷，旋转马达可调速，基于旋转测量方法，通过测量旋转液滴的平均曲率的方法来计算液体表面张力，适用于高表面张力及高粘度的液体，能够精确确定液滴表面张力，能够对高表面张力或高粘度的液体进行高精度的表面张力测量，成本较低，测量所需的样品量小，并能够对加热的液滴进行测量，通过测量旋转液滴的平均曲率的方法来计算液体表面张力，仅需剂量在微升量级的液体样品，适用于高表面张力及高粘度的液体，且具有加热功能，能够对融化的玻璃等进行高温测量。

技术领域

本发明涉及新材料研发领域，尤其是一种能够精确确定液滴表面张力的一种液滴表面张力测试方法。

背景技术

液体的表面张力能够反映液体的某些特性，在科学研究及工程应用上都具有重要的意义，测量液体表面张力最常用的方法是Wilhelmy方法，其通过测量与液体表面接触的薄片的增重来确定液体的表面张力，其缺点是在测量高表面张力的液体时较为耗时；通常采用谱学方法以及激光干涉操纵方法来测量液体的表面张力，如采用悬挂液滴方法来对较少量的液体进行表面张力测量，其通过液滴形状的扭曲来确定液体表面的张力，但是只能测量某些液体的较低的表面张力，特别是对于高表面张力、高粘度、高温的液体，比如熔融的金属、融化的玻璃、高分子聚合物等，无法高精度地测量其表面张力，所述一种液滴表面张力测试方法能够解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明基于旋转测量方法，通过测量旋转液滴的平均曲率的方法来计算液体表面张力，适用于高表面张力及高粘度的液体。

本发明所采用的技术方案是：

液滴表面张力测试装置包括旋转马达、旋转盘、支撑台、两根固定杆、摄像机、光源、计算机、金属环、待测液滴、电流源、电缆和电刷，xyz为三维坐标系，旋转马达可调速，旋转盘为圆盘且包括正面、后面和侧面，侧面一周具有两个环形电极，两个环形电极分别与电流源的正极和负极通过电缆、电刷连接，旋转盘的后面同轴连接于旋转马达，旋转盘的正面的边缘处固定有支撑台，旋转马达能够带动旋转盘在xy平面内旋转，两根固定杆互相平行地安装于支撑台上，并使两根固定杆与旋转盘平行，两根固定杆通过支撑台分别与旋转盘侧面的两个环形电极导通，金属环两端分别与两根固定杆的上端连接并导通，金属环由直径为0.2毫米的金属双股线绕制而成，金属环中吸附有待测液滴，电流源能够对金属环通电流，使得金属环产热并使待测液滴升温；摄像机、光源和计算机均位于旋转盘的正面一侧，摄像机和光源均电缆连接计算机，使得摄像机能够对支撑台上的金属环及待测液滴成像，并将成像的信息输入至计算机；旋转盘的半径为30毫米；金属环的直径为1.3毫米。

所述一种液滴表面张力测试方法测量的步骤为：

步骤一，采用实验室用移液器将5微升待测液体转移至金属环中以形成待测液滴，待测液体的密度ρ为已知；

步骤二，调节摄像机位置，使其能够对金属环及待测液滴成像；

步骤三，开启旋转马达，使得旋转盘绕其中心轴在xy平面内产生旋转，从而待测液滴绕旋转盘中心轴在xy平面内旋转，旋转马达的旋转速度为ω₀；

步骤四，摄像机采集待测液滴的成像信息并输入至计算机，选择并分析待测液滴在每个旋转周期中位于旋转盘最下侧时的成像信息，通过分析所述成像信息，得到待测液滴表面平均曲率及其变化；

步骤五，调节旋转马达的转速，分别在旋转马达的旋转速度为ω₀、1.2ω₀、1.5ω₀、1.8ω₀和2.0ω₀的条件下重复步骤三和步骤四；

步骤六，根据步骤五得到不同旋转马达转速值下的待测液滴表面平均曲率的差值ΔH，ΔH表示待测液滴上任意两个高度相差h的点的平均曲率的差值；