[发明专利]基于液滴轮廓曲线三测量点的液体界面张力的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体性能测试技术领域，特指一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上与选定的三测量点相关的几何参数和计算液体体积从而实现液体界面张力测量的方法，其适用于基于小体积量液滴图像的液体界面张力的直接测量，尤其适用于液滴轮廓曲线发生部分缺失和液滴轮廓曲线与座滴法情况的辅助测试平台表面（或悬滴法情况的轴对称辅助支承表面）间形成的接触角小于90度的情况。

背景技术

液体界面张力测量是化工领域的一项重要课题。随着科学技术的发展，研究人员已将主要的目光集中在微量功能材料上，因此，对微量材料的性能测试是目前的一个重要课题，而对微量液体界面张力的测试是其中的一个组成部分。为适应液体的微量化测试，目前通常采用的液体界面张力的测试方法主要是滴外形法[A.W.Adamson and A.P.Gast,Physical Chemistry of Surfaces(Wiley,New York,1997),p.362.]。该方法是通过数值模拟计算理论液滴轮廓曲线并与实验液滴轮廓曲线进行比较而得出液体的界面张力[M.Hoorfar and A.W.Neumann,Adv.Colloid Interf.Sci.121,25(2006)]。在该方法中需要完成两个任务，其一是对液滴轮廓曲线进行数值模拟，其二是通过比较模拟的液滴轮廓曲线与实验液滴轮廓曲线之间的差距，根据比较的结果逐渐改变模拟参数并最终使理论液滴轮廓曲线和实验液滴轮廓曲线达到足够高的吻合度。因此，这使得这种方法不够直接，且由于涉及到求解微分方程，不利于一般专业人员的实施。

针对这些问题，我们提出“基于轴对称液滴轮廓曲线和重量的液体界面张力测量方法”和“基于液滴轮廓曲线和体积的液体界面张力测量方法”，通过测量液滴轮廓曲线的几个直观的几何参数和重量（或体积）来直接计算出液体的界面张力。然而，这两种方法需要间接地计算液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径，由于计算过程为近似计算，最终采用的曲率半径仅仅是近似结果，这影响了界面张力测试的精度；同时，由于仪器和光反射的原因，液滴轮廓曲线顶点可能发生缺失，难以获取液滴的高度和液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径，这使得以上两种方法难以实现。为解决这一问题，我们提出“基于液滴轮廓曲线两测量点的液体界面张力的测量方法”，不需要计算液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径，直接测量出在液滴轮廓曲线上与选定的两测量点相关的几何参数即可计算出液体的界面张力。但这种方法仅具有有限的使用范围。首先，该方法要求两测量点在同一竖直线上，所以需要保证液滴轮廓曲线的最大宽度（液滴轮廓曲线与一条水平直线相交的两交点之间的距离的最大值）位置不在辅助测试平台表面上（或轴对称辅助支承表面上），即液滴在辅助测试平台表面上的接触角大于90度，然而，界面张力较小的液体很难满足以上条件。其次，该方法需要保证两测量点间的液滴轮廓曲线没有缺失，从而可实现液体体积的计算，这进一步限制了该方法的应用范围，也就是说，对于接触角大于90度的情况，如果液滴轮廓曲线在最大宽度附近存在缺陷，以上提到的方法也不能应用。所以，从这两个方面说，基于液滴轮廓曲线两测量点的方法仅具有有限的测量范围。为拓宽直接液体界面张力测量方法的使用范围，有必要将测量点方法进行推广。

为此，本发明拟通过选定三个连续的测量点并对液滴轮廓曲线上与三个测量点相关的几何参数和体积进行测量和计算，以实现液体界面张力的测量，解决以上方法在测量中的问题，实现范围更广的液体界面张力的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上与选定的三测量点相关的几何参数和液体体积来实现液体表面张力直接测量的方法，适用于广泛微量液体以及高温高压等严峻环境下液体的界面张力测量，尤其适用于液滴轮廓曲线与辅助测试平台表面（或轴对称辅助支承表面）间形成的接触角小于90度的情况。

本发明按下述技术方案实现：

一种基于液滴轮廓曲线三测量点和体积的液体表面张力的测量方法，是：采用图像采集设备（如接触角测量仪、CCD）摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片（座滴法）或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片（悬滴法），对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上设定三个测量点，测量出液滴轮廓曲线上与这三个测量点相关的几何参数；根据液滴轮廓曲线计算出与三测量点相关的液体体积；将测量的几何参数和液体体积代入本专利提供的计算公式即可直接计算出液体的界面张力。