本发明专利技术提供了一种在超重力环境下测量接触角的装置及方法，包括长臂离心机系统、接触角测量系统，长臂离心机系统由转动系统、长臂系统、承重系统组成；接触角测量系统由密闭腔室、进液系统、照明系统、在线观测系统、样品台系统组成。本发明专利技术克服了常规接触角测定仪体积庞大、无法在离心超重条件下测量接触角的缺点，取得了在离心超重和常重力条件下准确测量固—液动态接触角的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量固一液动态接触角的装置和方法。
技术介绍
接触角是指液体滴在固体表面上时，在气、液、固三相交界处,气液界面与固液界面形成的夹角。接触角是表征液体对固体表面润湿程度的重要参数，也是接触角法估算固体表面能的重要参数。在生物界，以及超疏水界面、自清洁表面、流体减阻、低粘附等工业生产领域，接触角的研究都扮演着重要角色。 文献 “Sessile drop in microgravity: creat1n, contact angle andinterface.Microgravity Science and Technology, 2009.21:p.67-76” 报道了利用抛物线飞机提供的微重力、常重力、2G超重环境下接触角测量的装置与方法。利用抛物线飞机营造的超重环境测量接触角，超重时间短、机会有限、价格昂贵，而离心机可以在地面提供长时间、稳定、低廉的超重环境，并且可以提供不同的超重环境，更能够方便快捷的测量不同超重环境下的接触角。专利“超导磁体模拟微重力环境下接触角测量装置及其方法，CN 102564905 B，2013.11.06”报道了超导磁体模拟微重力环境下接触角测量装置及其方法，它只适用于超导磁体模拟微重力环境这种特殊环境下的接触角测量，不适用与离心超重环境下接触角的测量。文献“接触角测量技术的最新进展.理化试验-物理分册.2008，44:84-89”报道了接触角测量技术的最新进展，目前测量接触角方法主要有量角法、测力法、小液滴球冠法、液饼法、垂片法、透过法、躺滴法等。对于超重环境下接触角的测量而言，测力法需要用调子天平，而电子天平在超重环境下由于自身的应变片或弹簧本身也有重量，会带来测力带来不可避免的误差，故不适用；小液滴球冠法基于液滴很小时液滴形状受重力的影响被忽略呈标准球冠，这种方法未考虑液滴很小时线能量对接触角的影响，另一方面它测量的是排除重力影响的接触角值，而不适用于研究超重环境下接触角值；液饼法测量的是临界接触角值而不是动态接触角的值；垂片法根据液体由于毛细管作用沿待测薄片上升高度计算出接触角值，离心超重环境下由于受到CCD观测系统等条件的限制，此法不适用；透过法是用于测固体粉末的接触角的方法，而不是固体薄片的接触角方法；躺滴法是经典的接触角测量方法，也易于实现，但目前商用的仪器，自动化程度较高、体积庞大、结构复杂，并且只适用于常重力环境下接触角的测量，对于离心超重环境来说，无法应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种在离心超重环境下固一液动、静态接触角测量装置，满足在离心超重环境下测量固一液动态接触角，也可以满足在常重力条件下固一液动态接触角的测量，可进行两者的对比实验。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括长臂离心机系统和接触角测量系统。 所述的长臂离心机系统包括转动系统、长臂系统和承重系统，所述的接触角测量系统包括密闭腔室、进液系统、照明系统、在线观测系统和样品台系统； 所述的转动系统包括变频器、电机、减速机和长臂固定器；交流电由变频器输入电机，电机通过减速机驱动安装在长臂固定器上的长臂系统旋转； 所述的长臂系统在长臂两端分别悬挂密闭腔室和配重，长臂中部通过长臂固定丝杠和长臂固定螺母连接长臂固定器，垂直于长臂的加固定条固定支柱与长臂之间连接若干加固条； 所述的承重系统包括滚珠轴承、承重支架和底座；长臂固定器通过滚珠轴承安装在承重支架上，承重支架安装在底座上； 所述的密闭腔室是一个密闭的塑料盒，一端安装在线观测系统的远心镜头，另一端安装照明系统，盒内安装样品台系统，样品台系统的高度与远心镜头的中心处于同一水平线上； 所述的照明系统是一平行光背光源； 所述的观测系统包括远心镜头、(XD、视频信号发射器、视频信号接收器和电脑；CCD将远心镜头观测到的光学信号转化为电信号，通过视频信号发射器和视频信号接收器传送至电脑进行显示； 所述的样品台系统通过有机玻璃的上底板和下底板固定样品； 所述的进液系统包括液体注射单元、针头、液体注射单元发射器和液体注射单元接收器；液体注射单元中，马达驱动注射器推杆，注射器出口通过软管连接针头，针头进入密闭腔室且垂直固定于样品正上方；液体注射单元接收器接收液体注射单元发射器发射的信号，驱动电机正转或反转； 所述的液体注射单元、液体注射单元接收器、CCD控制器和视频信号发射器都固定在长臂上。 本专利技术还提供一种在离心超重环境下测量固一液动态接触角的方法，包括以下步骤: (I)启动离心机，调节变频器旋钮，将离心机的转速调到期望值； (2)待离心机的转速稳定后，利用液体注射单元信号发射器向液体注射单元接收器发射进液和吸液的信号，实现液滴在固体样品表面上的前进与后退； (3)利用实时观测系统实时捕捉液滴在前进或后退过程中随时间变化的外观图像； (4)利用接触角分析软件drop analysis-drop snake软件每巾贞图片中液滴的前进或后退接触角值。 本专利技术的有益效果是:本专利技术为了研究超重环境下的润湿性，设计并构建了用于接触角测量的长臂离心机及接触角测量仪，发展了接触角测定方法，克服了常规接触角测定仪体积庞大、无法在离心超重条件下测量接触角的缺点，取得了在离心超重和常重力条件下准确测量固一液动态接触角的效果。 【附图说明】 图1是本专利技术的示意图； 图2是本专利技术的离心机转动系统示意图； 图3是本专利技术的离心机长臂系统示意图； 图4是本专利技术的离心机承重系统示意图； 图5是本专利技术的接触角测量系统示意图； 图6是本专利技术的观测系统示意图； 图7是本专利技术的样品台系统不意图； 图8是本专利技术的液体注射单元示意图。 图中:1 一配重，2—长臂，3—液体注射单元接收器，4一视频信号发射器，5—长臂加固条，6一液体注射单兀，7一接触角测量单兀，8一视频信号接收器，9一液体注射单兀发射器，10 一电脑，11 一变频器，12 一底座，13 一减速器，14 一电机，15 一调节螺丝，16 一长臂固定器，17—梅花联轴器，18—弹片联轴器，19一挂杆，20—长臂固定器转动轴，21—长臂固定螺母，22—长臂固定丝杠，23—支柱，24—锥形轴承外套，25—锥形轴承底座，26—承重板，27—卡套，28—滚珠轴承，29—卡槽螺母，30—卡槽螺母丝杠，31—承重梁，32—承重支柱，33—注射器，34—螺纹推杆，35—小马达，36—液体注射单元夹具，37—连接软管，38—密闭腔室，39—平行光光源，40—样品台，41 一远心镜头，42—招制底板，43 —CCD, 44一CO)控制器，45 —USB视频卡，46—样品台下底板，47—样品台上底板,48—样品,49—样品台支柱，50一联轴器，51—四角螺母，52一卡扣。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。 本专利技术包括长臂离心机系统、接触角测量系统。长臂离心机系统由转动系统、长臂系统、承重系统组成；而接触角测量系统由密闭腔室、进液系统、照明系统、在线观测系统、样品台系统组成。 所述的长臂离心机转动系统是由变频器、电机、减速机、联轴器、长臂固定器构成的。变本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在超重力环境下测量接触角的装置，包括长臂离心机系统和接触角测量系统，其特征在于：所述的长臂离心机系统包括转动系统、长臂系统和承重系统，所述的接触角测量系统包括密闭腔室、进液系统、照明系统、在线观测系统和样品台系统；所述的转动系统包括变频器、电机、减速机和长臂固定器；交流电由变频器输入电机，电机通过减速机驱动安装在长臂固定器上的长臂系统旋转；所述的长臂系统在长臂两端分别悬挂密闭腔室和配重，长臂中部通过长臂固定丝杠和长臂固定螺母连接长臂固定器，垂直于长臂的加固定条固定支柱与长臂之间连接若干加固条；所述的承重系统包括滚珠轴承、承重支架和底座；长臂固定器通过滚珠轴承安装在承重支架上，承重支架安装在底座上；所述的密闭腔室是一个密闭的塑料盒，一端安装在线观测系统的远心镜头，另一端安装照明系统，盒内安装样品台系统，样品台系统的高度与远心镜头的中心处于同一水平线上；所述的照明系统是一平行光背光源；所述的观测系统包括远心镜头、CCD、视频信号发射器、视频信号接收器和电脑；CCD将远心镜头观测到的光学信号转化为电信号，通过视频信号发射器和视频信号接收器传送至电脑进行显示；所述的样品台系统通过有机玻璃的上底板和下底板固定样品；所述的进液系统包括液体注射单元、针头、液体注射单元发射器和液体注射单元接收器；液体注射单元中，马达驱动注射器推杆，注射器出口通过软管连接针头，针头进入密闭腔室且垂直固定于样品正上方；液体注射单元接收器接收液体注射单元发射器发射的信号，驱动电机正转或反转；所述的液体注射单元、液体注射单元接收器、CCD控制器和视频信号发射器都固定在长臂上。...
【技术特征摘要】
1.一种在超重力环境下测量接触角的装置，包括长臂离心机系统和接触角测量系统，其特征在于:所述的长臂离心机系统包括转动系统、长臂系统和承重系统，所述的接触角测量系统包括密闭腔室、进液系统、照明系统、在线观测系统和样品台系统；所述的转动系统包括变频器、电机、减速机和长臂固定器；交流电由变频器输入电机，电机通过减速机驱动安装在长臂固定器上的长臂系统旋转；所述的长臂系统在长臂两端分别悬挂密闭腔室和配重，长臂中部通过长臂固定丝杠和长臂固定螺母连接长臂固定器，垂直于长臂的加固定条固定支柱与长臂之间连接若干加固条；所述的承重系统包括滚珠轴承、承重支架和底座；长臂固定器通过滚珠轴承安装在承重支架上，承重支架安装在底座上；所述的密闭腔室是一个密闭的塑料盒，一端安装在线观测系统的远心镜头，另一端安装照明系统，盒内安装样品台系统，样品台系统的高度与远心镜头的中心处于同一水平线上；所述的照明系统是一平行光背光源；所述的观测系统包括远心镜头、CCD、视频信号发射器、视频信号接收器和电脑；CCD将远心镜头观测到的光学信号转化为电...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹大川，刘永明，包晟，吴子庆，郭卫红，何进，李大为，商澎，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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