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原文传递一种测量物质微观黏度的方法和设备

专利名称：	一种测量物质微观黏度的方法和设备
摘要：	本发明公开一种测量流体微观黏度的方法和设备。所述设备包括载物台主体、第一组铜线圈、圆轴、第二组铜线圈、水冷铜管和样品温度控制单元，载物台主体的中间设置有显微镜光路孔，载物台主体两端分别设置水冷管槽，电子元件定位槽设置在两个水冷管槽中间；圆轴定位槽设置在电子元件定位槽的两侧，第一组铜线圈设置在第二组铜线圈外侧，水冷铜管安装于水冷管槽中，样品温度控制单元设置在电子元件定位槽中，样品温度控制单元与实验观察样品接触。所述方法通过改良显微粒子示踪微流变法，可同时驱动在显微镜观察区域内的多个探针粒子，获得体系的微观黏度，为探测胶体悬浮液体系、凝胶化过程中的局部动态不均匀性等研究提供具有重要价值的指导。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	华南理工大学
发明人：	童真;吴蔚彬;孙尉翔;王涛
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201811636831.2
公开号：	CN109916774A
代理机构：	广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：	何淑珍;江裕强
分类号：	G01N11/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N11
申请人地址：	510640 广东省广州市天河区五山路381号
主权项：	1.一种测量流体微观黏度的设备，其特征在于，所述设备包括载物台主体（1）、第一组铜线圈（2）、圆轴（3）、第二组铜线圈（4）、水冷铜管和样品温度控制单元，载物台主体的中间设置有显微镜光路孔（9），载物台主体两端分别设置水冷管槽（6），电子元件定位槽（7）设置在两个水冷管槽（6）中间；圆轴定位槽设置在电子元件定位槽的两侧，每组铜线圈均包括两个铜线圈，所述每组铜线圈中的一个与圆轴（3）配合后装入圆轴定位槽（8）中，且第一组铜线圈（2）设置在第二组铜线圈（4）外侧，并均与对应电源相连，水冷铜管安装于水冷管槽中，且用导热固化硅胶将水冷铜管固定在水冷管槽（6）中，水冷铜管内通冷却水，样品温度控制单元设置在电子元件定位槽（7）中，且二者接触面上均涂覆一层导热介质，样品温度控制单元与实验观察样品直接接触。 2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：载物台主体（1）两端设置载物台与倒置显微镜配合定位用螺孔，所述载物台主体（1）由硬铝制成。 3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述圆轴采用的材料是坡莫合金1J85。 4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述样品温度控制单元是两块帕尔贴，与温度传感器及控温电路配合使用，实现对样品的温度控制。 5.利用权利要求1~4任一项所述设备的一种测量物质微观黏度的方法，其特征在于包括：（1）建立磁场力-电流工作曲线将所述载物台装于倒置显微镜上，准备好均匀分散磁性探针粒子的已知黏度的牛顿流体作为实验样品，将实验样品注入腔室中，将温度探头固定于腔室上；将所述腔室置于载物台本体上，调节显微镜的焦距，使观测样品良好成像；采用电源的恒流模式为所述第一组和第二组铜线圈供电从而为显微镜观察区提供磁场强度与磁场梯度处处相等的均一外磁场，调整第一组和第二组铜线组通过的电流，分别标记为I1和I2，保持I1不变，在功率范围内调节I2，使得探针粒子定向运动；录制探针粒子运动视频，利用软件识别、跟踪并记录探针粒子的实时位置；计算得到探针粒子均方位移MSD与不同时间间隔τ的关系，通过参数拟合得到对应电流I1、I2产生的磁场中探针粒子在已知黏度的牛顿流体中的运动速度v及已知黏度的牛顿流体的扩散系数D；改变输出电流I2，重复上述步骤，得出在所述已知黏度的牛顿流体中，探针粒子运动速度-输入电流曲线；然后根据F = 6πηav，其中，F是磁场驱动力，η是体系的黏度，a是探针粒子的半径，v是探针粒子的运动速度，经换算得到磁场驱动力-输入电流曲线；（2）测量物质微观黏度准备好均匀分散磁性探针粒子的待测样品；将含磁性探针粒子的待测样品注入腔室中，将温度探头固定于腔室上；将腔室置于载物台上，调节显微镜的焦距，使观测样品良好成像；采用电源的恒流模式为所述铜线圈组供电从而为显微镜观察区提供磁场强度与磁场梯度处处相等的均一外磁场，调整第一组和第二组铜线圈通过的电流，保持I1不变，在功率范围内调节I2，使得探针粒子定向运动；录制探针粒子运动视频，利用软件识别、跟踪并记录探针粒子的实时位置；计算得到探针粒子均方位移MSD与不同时间间隔τ的关系，通过参数拟合得到对应电流I1、I2产生的磁场下探针粒子在所测介质中的运动速度v及所测介质的扩散系数D，然后根据步骤（1）得到的磁场驱动力-输入电流工作曲线得到输入电流I2对应的磁场的驱动力，由F = 6πηav计算出待测样品的微观黏度值。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：测量微观黏度前，首先要确认外磁场工作状态，打开第一组铜线圈的电源，在恒流模式下将输出电流I1在功率范围内随机调节并同时检验探针粒子成链情况，以观察到的粒子整链均在焦平面内且不随电流I1变动为准，否则微调第一组铜线圈的位置；保持I1不变，打开第二组铜线圈的电源，在其恒流模式下将输出电流I2在功率范围内随机调节并同时检验探针粒子链运动情况，以观察到的粒子整链运动时均在焦平面内且不随电流I2变动为准，否则微调第二组铜线圈。 7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的磁性粒子是聚苯乙烯包覆的超顺磁性微粒；所述的观察区域是指显微镜焦平面中心尺寸大小为280280100 μm的空间。 8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：将观察区域内的探针粒子数量控制在60-100个之间，录制的视频控制在1000-2000帧之间。
所属类别：	发明专利