[发明专利]一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置及方法，试验装置包括底座、图像捕捉系统、样品台、进样注射系统、测力传感系统及图像处理终端，样品台通过三维移动平台安装在底座上；进样注射系统包括进样支座和安装在进样支座上的针管及注射器，针管为折形针管，通过十字轴安装在进样支座上下，所述测力传感系统用于测量针管下端沿着主运动方向的偏转力和竖直方向的拉力，所述图像捕捉系统包括两个拍摄模块，其中一个水平的安装在底座上，另一个垂直的安装在进样支座上，分别对样品台侧视和俯视拍摄，本发明可同时测量固液接触作用力和接触面积，可以直观、方便地表征液固的相互作用，以探究液固界面的相互作用规律等。

技术领域

本发明属于固液界面测量技术领域，涉及一种接触测量装置，具体涉及一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置及方法。

背景技术

固-液接触角、液-液界面张力以及液-气表面张力值等基本指标是衡量液体对固体材料表面润湿性能的基本参数。接触角是指在固体水平平面上滴上一小滴液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角度。接触角值是由材料本身固有性质、化学异构性、表面物理结构、表面清洁度等各种因素综合决定的一个指标。实验发现固液接触面积与固液摩擦及黏附有相关联系。由于传统的接触角测量仪只能测量液体对固体材料表面的润湿性能，无法准确测量固液摩擦过程中的固液体摩擦力、黏附力以及固液接触面积在测试过程中的变化，也无法做到实时监测并对比接触角、固液体摩擦力、固液接触面积与材料特性的相关联系。

发明内容

本发明所要解决的问题是：一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的测量装置，它提供了一种直接研究液固体接触摩擦力、黏附力和液固动态接触面积的同步性问题的测试方法，来开发液-固体相互作用的新研究方向。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置，其特征在于；包括底座和安装在底座上的图像捕捉系统、样品台、进样注射系统、测力传感系统及图像处理终端，所述样品台通过三维移动平台安装在底座上，三维移动平台的一个运行方向为主运动方向，所述样品台用于放置待测量的固定样品；所述进样注射系统包括进样支座和安装在进样支座上的针管及注射器，所述进样支座通过升降装置安装在底座上，所述针管为折形针管，针管一端通过十字轴安装在进样支座通上，另一端向前延伸到样品台上方并向下弯折，形成竖直段，所述测力传感系统用于测量针管上下方向偏转力和沿主运动方向的偏转力，所述图像捕捉系统包括两个拍摄模块，其中一个拍摄模块通过支架安装在底座上，拍摄方向与主运动方向垂直，另一个拍摄模块安装在进样支座上，拍摄方向为俯视样品台方向。

进一步地，所述针管与十字轴的竖直轴一体化制作，即针管为阶梯型，包括中部的水平段和位于两端的竖直段，其中向下的竖直段作为针管的进样末端，向上的竖直段作为十字轴的竖直轴通过转动副安装在十字轴的水平轴上，所述十字轴的水平轴通过转动副安装在进样支座上，所述测力传感系统包括分别安装在水平轴和竖直轴处的扭力传感器，两个扭力传感器分别用于测量水平轴和竖直轴的转动扭力，从而转换为针管的进样末端的上下运动和沿主运动方向的接触力。

进一步地，所述背景光源为平板光源，具体为采用亮度可调的LED平行光源。

进一步地，所述三维移动平台为X、Y和Z三个方向的平移机构结合而成的三维移动平台，其中Y方向为主运动方向，Z方向为垂直升降方向；所述三维移动平台的XYZ三向运动速度为0.01毫米～20毫米每秒。

进一步地，所述针管的进样末端设有增加与液滴结合力的膨大段。

进一步地，所述针管单次进样液滴大小为0.1微升～50微升。

7.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；进一步地，所述拍摄模块为CCD单元，两个CCD单元捕捉的图像和视频通过图像处理终端进行处理。