[发明专利]一种测量液滴在固体表面摩擦力的装置

权利要求书

1.一种测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述装置包括样品台、液体进样系统、图像捕捉系统、测力探头和驱动样品台与测力探头发生至少一维相对运动的运动控制系统；

所述样品台用于固定待测试的固体样品，固体样品上用于放置待测试的液滴；

所述测力探头通过探头支架安装于液滴上方，测力探头包括具有弹性部和位于弹性部末端的结合部，测试时，所述结合部伸入到液滴内，用于增大液滴与测力探头的结合力；所述弹性部为管状弹性体，用于在测力探头与样品台发生相对运动时发生弹性形变；

所述液体进样系统通过测力探头的管状弹性体将液体输送到待测试的固体样品表面；

所述图像捕捉系统用于捕捉插入到液滴内的测力探头在与样品台发生相对运动时发生的弹性形变量，以及液滴的形状和液滴内部的荧光示踪粒子的运动轨迹；

所述运动控制系统为三维移动平台，定义驱动样品台与测力探头发生相对运动的方向为主运动方向，所述图像捕捉系统拍摄方向与主运动方向垂直，所述主运动方向的相对运动速度为0.01毫米~20毫米每秒；

沿着主运动方向，所述测力探头的结合部与液滴的接触面大于或等于弹性部与液滴接触面；所述测力探头的结合部形状是平板型、圆柱型、圆环型、椭圆环型、L型、V型、倒T型和M型中的任意一种。

2.如权利要求1所述测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述液滴的大小为0.1微升~50微升。

3.如权利要求1所述测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述三维移动平台上设有调节水平度的调平支架，所述样品台安装于调平支架上。

4.如权利要求1所述测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述样品台上设有温控腔室，用于调节固体样品、液滴和周围温度，温控腔室上方设有便于测力探头相对运动的狭缝，温控腔室在垂直于主运动方向的两侧设有便于图像捕捉系统捕捉测试图像的透明窗户。

5.如权利要求1所述测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述图像捕捉系统包括投影光源，光学成像单元和图像处理终端，投影光源和光学成像单元分别安装在样品台的两侧，投影光源为平行光源，正对着样品台，光源亮度可自由调节，光学成像单元固定在投影光源的对侧，用于拍摄样品台上固体样品以及液滴的图像或视频，图像处理终端用于针对图像和视频自动提取液滴的外形轮廓和测力探头形变时的图像数据，并计算液滴在固体表面的接触角和测力探头的形变量，计算得到液滴在固体表面的摩擦力。

6.如权利要求5所述测量液滴在固体表面摩擦力的装置，其特征在于：所述图像捕捉系统的光学成像单元具有荧光检测通道，用于拍摄液滴内部荧光示踪粒子的图像或视频。

7.一种利用权利要求1或5所述的装置测量液滴在固体表面摩擦力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将待测试的固体样品固定在样品台上，利用液体进样系统将待测试的液滴通过测力探头的管状弹性体加载到固体样品表面，并将测力探头插入到液滴内部；

步骤2、启动运动控制系统，驱动样品台沿着主运动方向与测力探头发生相对运动，同时启动图像捕捉系统拍摄运动过程中的测力探头和液滴图像，直至液滴与固体样品相对运动至设定位置或设定距离；

步骤3、所述摩擦力大小按公式F=K*D计算，其中，F为液滴在固体表面的摩擦力，K为测力探头的弹性系数，D为测力探头末端相对初始位置偏移的水平距离，摩擦力可由图像采集单元内置的集成软件自动测算或人工测算。

8.一种利用权利要求6所述的装置观测液滴在固体表面运动状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将待测试的固体样品固定在样品台上，在待测试的液体内加入荧光微纳颗粒并分散均匀，利用液体进样系统将含有荧光微纳颗粒的液滴加载固体样品表面，并将测力探头插入到液滴内部；

步骤2、启动运动控制系统，驱动样品台与测力探头沿着主运动方向发生相对运动，同时启动图像捕捉系统拍摄运动过程中液滴图像和视频，通过荧光检测通道拍摄荧光微纳颗粒在液滴内的运动；

步骤3、通过荧光微纳颗粒的运动轨迹，判断液滴在固体样品表面摩擦过程中的界面现象。