本发明专利技术公开了一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，先采用特定方法制备微米颗粒探针；并采用特定方法制备微米液滴：然后将微米颗粒探针靠近微米液滴并与其接触，通过光电探测器测量并计算得到探针所受作用力，最终获得当前粉尘颗粒与液滴间的相互作用力大小及粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小；接着将上述两者数值作为定量评价粉尘颗粒润湿性的指标，依据该指标能对不同粉尘颗粒与去离子水之间的捕尘效果进行评价；并且在评价后，通过在去离子水中分别加入不同类型和浓度的表面活性剂并重复测试，从而能选出各次测试中两者数值最大时对应的表面活性剂种类及其浓度，为后续实际制备该种粉尘颗粒的润湿剂提供数据支撑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，属于降尘处理。
技术介绍
1、液滴捕捉粉尘是工业活动和日常生活中常见降尘处理现象，普遍存在于环境工程、职业卫生、工业安全等众多领域。为改善喷雾降除尘效果，研究人员也从改善粉尘与液滴间润湿性方面开展研究，形成了润湿剂、生物型除尘剂等众多新技术，在这些技术中，粉尘与液滴间的润湿性能直接影响粉尘的防治效果。目前 杨氏方程在表征液滴与粉尘润湿性方面提供了重要的依据，给出液滴表面与被接触物质表界面接触角大小来评价和判断粉尘与液滴表面润湿的难易程度。但是在实际测试过程中，往往以粉末压制成粉饼，形成光滑的平面，并将液滴滴定于粉饼的表面，来获取液滴与粉饼表面之间的接触角，但是该方式实际上反应的是液滴与该类材料直接润湿性的大小。作为控制液滴动力学的关键因素，作用在固液气三相接触线处的毛细力并没有在杨氏方程中明确体现，对进入微米级别的粉尘颗粒单独接触液滴所体现出的微观接触作用并未给出具体的定量依据，即目前现有技术无法测得单个粉尘颗粒与液滴接触瞬间的微观作用过程，进而无法获取单个粉尘在接触液滴表面的力学变化机理，从而无法对不同种类粉尘颗粒的润湿性及各自的最优润湿剂选择提供数据支撑。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，能测得单个粉尘颗粒与液滴接触瞬间的微观作用过程，进而获取不同粉尘颗粒在接触液滴表面的力学变化机理，从而对不同种类粉尘颗粒的润湿性及各自的最优润湿剂选择提供数据支撑。
>2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，具体步骤为：3、步骤一、制备微米颗粒探针：选用无针尖型探针，并选择所需测试的粉尘颗粒样品，首先取一片干净的载玻片，在其表面一部分区域均匀涂抹少量ab胶作为粘结剂，另一部分区域洒微量粉尘颗粒，借助原子力显微镜将探针移到载玻片涂有ab胶的区域，驱动扫描头使探针端部粘上少许ab胶，然后再将探针移到放置粉尘的区域，并找到一定大小的粉尘颗粒，逐步靠近该粉尘颗粒，直至轻微接触为止，等待一段时间，待ab胶完全凝固后，该粉尘颗粒固定在探针端部，完成微米颗粒探针的制备。
4、步骤二、制备微米液滴：利用聚焦离子束（fib）微纳米加工系统在二氧化硅基底表面刻蚀出储液凹槽，再将二氧化硅基底按照乙醇-丙酮-去离子水的顺序依次浸泡一定时间来去除表面附着的有机污染物，确保表面干净无污染；最后借助装有去离子水的微型针管注射器向储液凹槽内注入微量液滴，让其充满储液凹槽，最终形成用于测试的液面，完成微米液滴制备。
5、步骤三、测试粉尘与液滴微观接触作用：将步骤一制备的微米颗粒探针靠近步骤二制备的微米液滴并与其接触，通过光电探测器测量探针接触微米液滴过程中产生的微量形变量，并构建起形变量与压电扫描器位移之间的关系，结合微米颗粒探针的弹性系数k，根据胡克定律从而得到探针所受作用力，最终获得当前粉尘颗粒与液滴间的相互作用力大小及粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小。
6、步骤四、定量评价粉尘颗粒的润湿性及选择最优润湿剂：将步骤三获得的粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小及作用力数值大小作为定量评价粉尘颗粒润湿性的指标，依据该指标，分别重复步骤一至三，每次重复时在步骤二的去离子水中分别加入不同类型和浓度的表面活性剂，最终获得各次测试得到的粉尘颗粒发生黏附时的分离距离及作用力数值，选择各次测试中粉尘颗粒发生黏附时的分离距离最大且作用力数值最大对应的表面活性剂种类及其浓度作为当前粉尘颗粒的最优润湿剂。
7、步骤五、测试不同种类粉尘颗粒的润湿性及选择各自的最优润湿剂：选择不同种类的粉尘颗粒，分别重复步骤一至四，从而能得到不同种类粉尘颗粒的润湿性及各自的最优润湿剂对应的表面活性剂种类及其浓度。
8、进一步，所述步骤一中探针的微悬臂梁成分为si3n4。
9、进一步，所述步骤一中找到的粉尘颗粒大小为10 µm。
10、进一步，所述步骤一中等待时间为20min。
11、进一步，所述步骤二中储液凹槽的半径为25µm、深度为10 µm。
12、进一步，所述步骤二中浸泡时间为5min。
13、进一步，所述步骤三具体为：
14、1、安装探针
15、将原子力显微镜探针夹上的弹簧片后端压下，并向后拉；用镊子将制备好的粉尘颗粒探针夹紧放入探针夹凹槽里，使探针后部正好与凹槽里的边缘相抵，接着将弹簧片压住向前推动，然后松开手指，使弹簧片压紧探针。
16、2、安装探针夹
17、将原子力显微镜的扫描头倒置，探针夹对准扫描头底部的四个触点轻轻插入，然后把装好探针夹的扫描头沿卡槽放回显微镜基座，并旋转拧紧扫描头上的锁紧螺栓，将扫描头固定住；
18、3、调节激光和光电检测器位置
19、将原子力显微镜扫描头内发射的激光束照射在探针黏附粉尘颗粒位置的正上方，同时使光电检测器朝向激光束照射的位置。
20、4、测量偏转灵敏度和弹性系数k
21、测试偏转灵敏度（deflection sensitivity），将原子力显微镜的光电检测器检测到的光斑偏移量电压信号转化为悬臂实际弯曲量，再结合颗粒探针的弹性系数k，将悬臂实际弯曲量通过胡克定律f=-k*∆x转化为力的大小，用于力学性质研究。
22、5、力曲线测试
23、二氧化硅基底放置在样品台上，调整样品台位置，使储液凹槽中心正对激光位置正下方；设置下针距离ramp size和探针悬臂梁最大弯曲量trig threshold，选择力曲线横坐标类型、压电扫描器位移（z）以及纵坐标类型，最后点击进针命令，原子力显微镜（afm）自动完成一次进针退针，此时光电检测器实时检测并获取光斑偏移量电压信号，接着根据步骤4的方式进行处理后，获得原子力显微镜的光斑偏移量电压信号与扫描器位移的力曲线。
24、6、力曲线分析
25、借助nanoscope analysis力曲线分析软件将步骤5获得的力曲线转化为力与探针-样品距离关系的力曲线，根据该力曲线获得当前粉尘颗粒与液滴间的相互作用力大小及粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小。
26、与现有技术相比，本专利技术先采用特定方法制备微米颗粒探针，获得具有单个粉尘颗粒的探针；并采用特定方法制备微米液滴，获得用于测试的液面：然后将制备的微米颗粒探针靠近制备的微米液滴并与其接触，通过光电探测器测量探针接触微米液滴过程中产生的微量形变量，并构建起形变量与压电扫描器位移之间的关系，结合微米颗粒探针的弹性系数，根据胡克定律从而得到探针所受作用力，最终获得当前粉尘颗粒与液滴间的相互作用力大小及粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小；接着将获得的粉尘颗粒发生黏附时的分离距离大小及作用力数值大小作为定量评价粉尘颗粒润湿性的指标，依据该指标能对不同粉尘颗粒与去离子水之间的捕尘效果进行评价；并且在评价后，通过在去离子水中分别加入不同类型和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，具体步骤为：
2. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤一中探针的微悬臂梁成分为Si3N4。
3. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤一中找到的粉尘颗粒大小为10 µm。
4. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤一中等待时间为20min。
5. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤二中储液凹槽的半径为25µm、深度为10 µm。
6.根据权利要求1所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤二中浸泡时间为5min。
7. 根据权利要求1所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
【技术特征摘要】
1.一种表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，具体步骤为：
2. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤一中探针的微悬臂梁成分为si3n4。
3. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其特征在于，所述步骤一中找到的粉尘颗粒大小为10 µm。
4. 根据权利要求1 所述表征粉尘与液滴微观接触作用的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小川，胡月，朱霖玲，卫禹辰，魏涛，张国梁，张宝，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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