一种可预加应力的薄膜接触角测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可预加应力的薄膜接触角测量系统，包括：夹膜单元，所述夹膜单元为2个以上，用于夹持待测薄膜；径向移动单元，用于在所述待测薄膜的径向方向移动所述夹膜单元；应力检测单元，用于测量所述夹膜单元在夹持待测薄膜并沿径向移动过程中所受到的拉力，从而测得对所述待测薄膜施加的预应力大小。本发明专利技术通过径向移动单元在径向方向移动夹膜单元，可以使2个以上的夹膜单元在径向方向同时移动，并通过设置在夹膜单元上的应力检测单元检测所受到的拉力，从而获得对待测薄膜施加的预应力的大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可预加应力的薄膜接触角测量系统。
技术介绍
自然界中，当液体存在于固体表面时将会形成液滴。而在液滴的前端，固、液、气三相接触达到平衡时，三相接触周边的任一点上，液气界面切线与固体表面间形成的并包含液体的夹角称为接触角。接触角的大小用以描述固-液之间的接触行为。如对于玻璃上的水滴，接触角在30°左右，所以称玻璃为亲水材料；而对于荷叶上的液滴，接触角在150° 以上，称之为超疏水材料。接触角是描述材料表面性能的重要参数，因此对于材料表面液滴接触角的测量是观测材料物性的重要手段。现有设备通过一个侧视的CCD相机拍摄材料表面液滴的轮廓， 并通过软件分析液滴轮廓与基底位置，计算出液滴的接触角参数。但是，随着生物医药技术对于柔性基底生物芯片的需求不断提高，对柔性基底表面的接触角以及施加预应力下材料表面的接触角测量提出了更高的要求。现有设备仅能对接触角进行测量，但不能对基底施加应力，因此对于后者的观测在国际上还没有。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可预加应力的薄膜接触角测量系统，可以对柔性基底进行拉伸并同时对接触角进行测量。本专利技术提供的一种可预加应力的薄膜接触角测量系统包括夹膜单元，所述夹膜单元为2个以上，用于夹持待测薄膜；径向移动单元，用于在所述待测薄膜的径向方向移动所述夹膜单元；应力检测单元，用于测量所述夹膜单元在夹持待测薄膜并沿径向移动过程中所受到的拉力，从而测得对所述待测薄膜施加的预应力大小。优选地，所述夹膜单元包括连杆、弹性悬臂梁和截面为方形的移动座，移动座沿长度方向开设有第一通孔，在所述移动座上设置有齿条；所述连杆套设在所述第一通孔内， 所述悬臂梁的一端设置在所述移动座的端部，所述悬臂梁的另一端固定在所述连杆的一端，所述连杆的另一端设置有用于夹持所述待测薄膜的夹具。优选地，所述径向移动单元包括环形底座和旋转轮，在所述环形底座上沿径向方向开设有2个以上用于套装所述应力检测单元的移动座的第二通孔，在所述环形底座上还安装有与所述齿条相适配的用于驱动所述移动座移动的中间齿轮；所述旋转轮可转动安装在所述环形底座上，所述旋转轮沿周向设置有用于驱动所述中间齿轮旋转的主动齿轮。优选地，所述夹具适当倾斜。优选地，所述应力检测单元为设置在所述悬臂梁上的应变片。本专利技术通过径向移动单元在径向方向移动夹膜单元，可以使2个以上的夹膜单元在径向方向同时移动，并通过设置在夹膜单元上的应力检测单元检测所受到的拉力，从而获得对待测薄膜施加的预应力的大小。 附图说明图1为本专利技术剖面结构示意图；图2为图1的俯视示意图；图3为图1中夹膜单元的结构示意图；图4为图3中移动座的结构示意图；图5为图2中径向移动单元的环形底座的结构示意图；图6为图2中径向移动单元的旋转轮的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。如图1、2所示，本专利技术包括夹膜单元1、径向移动单元2和应力检测单元3，夹膜单元1为8个，用于夹持待测薄膜4 ；径向移动单元2用于在待测薄膜4的径向方向移动夹膜单元1 ；应力检测单元3用于测量夹膜单元1在夹持待测薄膜4并沿径向移动过程中所受到的拉力，从而测得对待测薄膜4施加的预应力大小。下面进一步详细说明上述各个单元的具体结构。如图3、4所示，在本专利技术实施例中，夹膜单元1包括连杆11、弹性悬臂梁12和截面为方形的移动座13，移动座13沿长度方向开设有第一通孔14，在移动座13上设置有齿条15 ；连杆11套设在第一通孔14内，悬臂梁12的一端设置在移动座13的端部，悬臂梁12 的另一端固定在连杆11的一端，连杆11的另一端设置有用于夹持待测薄膜4的夹具16。连杆11可自由移动地套设在第一通孔14内，并且连杆11的一端与悬臂梁12相固定，另一端安装夹具16，这样，在移动移动座13的时候，夹具16夹持住待测薄膜4跟随移动，夹具16受到待测薄膜4的拉力，通过连杆11传递给悬臂梁12，悬臂梁12就发生弯曲， 再通过设置在悬臂梁12上应力检测单元3检测悬臂梁12的变形，得到应力大小，从而测得对待测薄膜4施加的预应力大小。在本专利技术实施例中，应力检测单元4采用的是应变片。如图5、6所示，径向移动单元2包括环形底座21和旋转轮22，在环形底座21上沿径向方向开设有8个用于套装应力检测单元1的移动座13的第二通孔23，在环形底座21 上还安装有与齿条15相适配的用于驱动移动座13移动的中间齿轮M ；旋转轮22可转动安装在环形底座21上，旋转轮22沿周向设置有用于驱动中间齿轮M旋转的主动齿轮25。旋转轮22在旋转过程中，沿周向设置的主动齿轮25也旋转，这样，就带动中间齿轮M旋转，中间齿轮M再驱动齿条15直线移动，从而实现了在径向方向同步驱动夹膜单元1移动ο下面通过具体的实例来进行说明。首先，将事先制备好的弹性软膜固定在8个夹具16上，弹性软膜材料可以是PDMS 软膜，尺寸可以是10mm*10mm*0. Imm ；之后，在薄膜表面滴加一滴液滴，如10微升去离子水(纯水)；然后，旋转旋转轮22，通过8个夹具16向薄膜施加拉伸力，通过应变片测得拉力值为 10N。在这个过程中，再通过已有横向拍摄C⑶记录整个液滴的变化过程，通过已有视频处理软件获得液滴轮廓和薄膜基底的基线，计算出液滴接触角。另外，在本专利技术实施例中，如图3所示，夹具16为成斜向上的方向，这样就可以防止夹具阻挡侧视的CXD相机。此外，本专利技术还可以通过选取不同的夹具16可以实现对于薄膜基底的单轴拉伸， 双周拉伸直至4轴(8方向)拉伸。整个装置最高点位于夹具16的最前端，夹具16将薄膜与液滴完全托举在整个系统水平面之上，便于CCD摄像机从侧面拍摄液滴与基底的侧视图。本专利技术径向移动单元2与CXD摄像机安装在一套可调高度的运动导轨上，将CXD 主轴线与装置最高平面调节至同一水平线上，就可以观测拉伸基底表面液滴接触角的参数了。本专利技术通过圆盘传动装置将驱动力平均的分配到8个不同方向上的拉伸夹具上， 同时对薄膜材料进行拉伸。为了保证各个方向上拉伸的一致性，分别通过应变片测量8个方向上的实施拉力。较原有设备，本专利技术克服了不能在材料基底上施加预应力的不足，提供了单轴或多轴拉伸的新功能。权利要求1.一种可预加应力的薄膜接触角测量系统，其特征在于，包括夹膜单元，所述夹膜单元为2个以上，用于夹持待测薄膜；径向移动单元，用于在所述待测薄膜的径向方向移动所述夹膜单元；应力检测单元，用于测量所述夹膜单元在夹持待测薄膜并沿径向移动过程中所受到的拉力，从而测得对所述待测薄膜施加的预应力大小。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述夹膜单元包括连杆、弹性悬臂梁和截面为方形的移动座，移动座沿长度方向开设有第一通孔，在所述移动座上设置有齿条； 所述连杆套设在所述第一通孔内，所述悬臂梁的一端设置在所述移动座的端部，所述悬臂梁的另一端固定在所述连杆的一端，所述连杆的另一端设置有用于夹持所述待测薄膜的夹具。3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述夹具适当倾斜。4.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述径向移动单元包括环形底座和旋转轮，在所述环形底座上沿径向方向开设有2个以上用于套装所述应力检测单元的移动座的第二通孔，在所述环形底座上还安装有与所述齿条相适配的用于驱动所述移动座移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚溥，王子千，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：