[发明专利]一种测量液滴在固体表面摩擦力的装置

说明书

本发明公开了一种测量液滴在固体表面摩擦力的装置，包括样品台、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，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图像和视频。本装置可以准确测量液滴在固体表面摩擦力，结构简单，效率高，成本低廉。

技术领域

本发明所属界面分析测试领域，涉及一种界面摩擦力装置，特别涉及一种测量液滴在固体表面摩擦力的装置。

背景技术

固液界面行为在我们的生活中无处不在，液滴在不同的材料或结构表面呈现出不同的浸润行为。以“荷叶”为代表的低黏附超疏水表面和以“红玫瑰”为代表的高黏附超疏水表面吸引了许多研究人员的关注，这两种不同的固液界面行为在人们的日常生活以及工业生产中都有着极其广泛的应用前景。

由于低黏附超疏水表面与液滴的黏附性很小，导致液滴与超疏水表面具有较小摩擦力，液滴很容易从这种表面滚落，所以低黏附超疏水表面具有很强的自清洁性能力，防水防污能力以及防雾防霜冻的能力。基于这些性能，这种低黏附超疏水表面在生产生活中有许多应用，如应用在玻璃、水泥等建筑物上，可以使建筑物具有自清洁性能，减轻人工清洗难度；应用于室外的电线杆，太阳能电池板上可以减少雨雪的黏附；应用在纺织衣物方向，可以制作防雨服、挡雨帐篷和防水防污鞋子；应用在制作船舶方向，可以减小船舶行进过程中的阻力，减小能源消耗。

液滴在高黏附超疏水表面往往具有较大的摩擦力，不易脱离高黏附超疏水表面，因此这种表面可以作为“机械手”来运输微量液滴，即通过这种具有高黏附的超疏水表面实现一些昂贵液滴的无损转移。该表面可应用在微流体设计领域，实现对微流体的流速和流量控制；可应用在液滴收集领域，如设计类似“蜘蛛网”的结构来收集空气中的水，供给缺水地区。

通过研究固液界面行为，人们能在不同领域实现自清洁、吸附、抗结冰、抗粘附等功能。在固液界面行为中，固液界面摩擦力是液滴在固体表面最主要的作用力，研究固液界面摩擦力能够极大地帮助理解微纳米尺度下液体与固体界面的润湿性为。因此，如何简单精确测量固液界面摩擦力成为固液界面行为研究中一个很重要的内容。目前，对固液界面摩擦力的研究主要是通过倾斜板和原子力显微镜等装置实现。倾斜板装置是通过观测液滴在重力作用下在倾斜板上的运动规律进而计算得到液滴在固体表面摩擦力，该方法虽然操作简单，但是测量精度低，受液滴尺寸影响很大。此外，原子力显微镜以及表面仪等属于精密仪器，在测量摩擦力过程中对实验环境，实验人员，实验过程和试验样品都有着极高的要求，且微小的变化因素会造成极大的实验误差。因此，亟待开发一种操作便捷，测量精度高，方法简单的装置，用于快速准确测量液滴在固体表面摩擦力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确快速测量液滴在固体表面摩擦力的装置。

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供了一种精确快速测量液滴在固体表面摩擦力的装置。该装置通过计算液滴在固体表面的摩擦力大小，可以对液滴在固体表面的动态浸润性进行定量表征，进而准确区分具有不同固液界面润湿行为的表面。该发明极大地促进了固液界面润湿行为的研究，对微观尺度下固液界面的润湿机理研究提供了新思路，为研究表面黏附或者表面减阻材料提供了一种创新性的手段。

为了实现上述功能，本发明提供技术方案如下：

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；