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原文传递一种快速测量液滴动态接触角的装置及方法

专利名称：	一种快速测量液滴动态接触角的装置及方法
摘要：	本发明公开了一种快速测量液滴动态接触角的装置及方法，装置包括相机、注液装置和样品台，样品台包括外框架和安装在外框架内并能自由转动的圆形平板，圆形平板上设有用于夹持两个待测固体样品薄片的弹簧夹，在两个待测的固体样品薄片之间形成供液体流过的通道。首先将通道旋转至水平状态，然后通过注液装置向通道内注入液体，旋转通道，拍摄液滴刚刚滑动状态时液滴与固体样品薄片界面形状，利用绘图软件测量液滴的关键接触角，之后将通道旋转竖直状态，测量液滴的动态接触角和滑动速度，然后计算接触角水动力模型的两个参数，利用参数即可快速计算任意速度下的动态接触角。本发明结构简单，测量迅速快捷，可以快速建立动态接触角计算模型。
专利类型：	发明专利
申请人：	武汉大学
发明人：	杨志兵;薛松;李东奇;陈益峰
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN202010071170.4
公开号：	CN111122391A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	杨宏伟
分类号：	G01N13/02;G;G01;G01N;G01N13;G01N13/02
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
主权项：	1.一种快速测量液滴动态接触角的装置，包括相机、注液装置和样品台，其特征在于：所述样品台包括竖直方向设置的外框架和安装在外框架内并能在外框架所在平面内自由转动的圆形平板，所述圆形平板上设有用于夹持两个待测固体样品薄片的至少两个弹簧夹，两个所述固体样品薄片与圆形平板之间设有垫块，两个待测的固体样品薄片平行夹持，在两个待测的固体样品薄片之间形成供液体流过的通道，所述注液装置用于向通道内注入液体，所述相机的拍摄方向与圆形平板所在平面垂直。 2.如权利要求1所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：还包括光源，所述光源和相机分别分布于样品台两侧，其中相机位于待测固体样品薄片一侧，所述圆形平板为透明平板。 3.如权利要求2所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：还包括光学平板，所述相机、样品台和光源依次通过连接件安装在光学平板上。 4.如权利要求3所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：所述光学平板上设有用于安装相机、样品台和光源的阵列螺纹孔，通过选择不同的螺纹孔调节相机、样品台和光源的相对位置。 5.如权利要求1所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：所述注液装置包括依次相连的注射泵、供液管和毛细针管，所述毛细针管用于插入通道内注液。 6.如权利要求2所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：所述圆形平板和垫块均采用亚克力板制成。 7.如权利要求1所述快速测量液滴动态接触角的装置，其特征在于：所述外框架为环形框架，环形框架内设有用于供圆形平板转动的环形轨道槽，所述环形框架上设有用于锁定圆形平板位置的顶紧螺栓。 8.一种利用权利要求3所述的装置进行液滴动态接触角测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、安装调整好相机、样品台及光源的相对位置，调节好相机的焦距、曝光强度；步骤2、旋转样品台的圆形平板，将两个待测的固体样品薄片组成的通道旋转至水平状态，而后通过注液装置向通道内注入液体，使通道内形成跨越上下边界的液滴界面；步骤3、旋转圆形平板，调整通道的倾斜角度，直到相机观测液滴由静止状态转变为滑动状态，拍摄滑动状态时液滴和两个固体样品薄片界面形状；步骤4、采用绘图软件测量出液滴底部界面前进接触角θa和顶部界面的后退接触角θr，即完成液滴动态接触角测量。 9.一种利用权利要求3所述的装置进行快速测量液滴动态接触角的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、安装调整好相机、样品台及光源的相对位置，调节好相机的焦距、曝光强度；步骤2、旋转样品台的圆形平板，将两个待测的固体样品薄片组成的通道旋转至水平状态，而后通过注液装置向通道内注入液体，使通道内形成跨越上下边界的液滴界面；步骤3、旋转圆形平板，调整通道的倾斜角度，直到相机观测液滴由静止状态转变为滑动状态，拍摄此时液滴和两个固体样品薄片界面形状并采用绘图软件测量出液滴底部界面前进接触角和顶部界面的后退接触角此时液滴由静止转为运动时测得的接触角称为关键接触角；步骤4、将通道旋转为完全竖直状态，此时液滴在通道内滑动，间隔时间Δt拍摄2张液滴照片，量取液滴滑移状态下的前进接触角θa和后退接触角θr，滑移距离s，并采用公式u＝s/Δt计算出此时液滴界面的滑动流速，将液滴滑动状态的接触角称为动态接触角；步骤5、利用测量得出的关键接触角和一组动态接触角求解接触角水动力模型中的待定参数ξ1和ξ2，接触角水动力模型公式如下：上式中，μ为液体粘滞系数，σ为液体表面张力，均为与液体有关的定值，通过实验测量确定；步骤6、计算得出待定参数ξ1和ξ2后，测定任意一个界面流速即可快速计算出对应状态的前进接触角θa和后退接触角θr。 10.如权利要求9所述快速测量液滴动态接触角的方法，其特征在于：所述步骤5中计算待定参数ξ1和ξ2过程中，按照步骤4方法测量多组动态接触角取平均值来计算。
所属类别：	发明专利