[发明专利]真空、控温条件下界面张力和接触角值的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种界面参数的测定装置及测定方法，具体为一种用于真空及控温条件下测试界面张力和接触角值的测量装置和方法，属于界面化学分析领域。

背景技术

液-液界面张力、液-气表面张力以及固-液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数。接触角是指在固体水平平面上滴上一小滴液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角度，见附图1。接触角测试是分析固-液界面物理化学性质的最主要手段，通过测试所得到的接触角值，经过Equation of state算法，仅使用一种液滴就可以非常准确的分析得出固体的表面张力值（达因值）。而液-液界面张力以及液-气表面张力的测试也是物理化学分析中最主要的物性指标。通过理论分析我们知道，压力和温度是影响物质表面化学性质的最主要两个指标。真空条件下测试接触角和界面张力的特殊性在于：抽真空会将液体迅速吸收。因此，现有专利中的一般性的理论上的解决方案根本无法满足这方面需求。如中国专利ZL200910034768.X《一种控温湿同步测量液滴温度、 表面张力、接触角的装置》以及ZL201210127093.5《一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置》，描述了一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置，是一种比较模糊的理论性描述，具体实施细节也是概括性描述，从实施来看，特别是在真空条件下，没有可操作性。

目前，接触角和界面张力测试仪器通常均是标准设计的仪器。如现有专利资料库中《基于高速图像处理的液体表界面动态特性测量分析仪》专利号：200610050811.8和200620103753.6，《一种静态接触角的自动检测方法》专利号201010288857.X，《接触角及表面能测量装置》专利号：201010600278.4，《测量接触角装置》专利号：200710142656.7，《一种自洁玻璃接触角的在线测量方法》专利号：200710008521.1等。

在接触角和界面张力的算法上，中国专利资料有部分提及的内容与本发明的内容上有一定的相似，但在具体发明内容的实现上存在较大差异。如，《一种固体表面液滴接触角的测量方法及装置》专利号：200910136101.0。在具体实现方式上，该专利采用了Young-Laplace方程的改写的有离散的二阶偏微分方程求解曲线并采用打靶法拟合接触角角度值的，仅仅提出了一个简单的液体接触角测试的Young-Laplace方程拟合的概念，具体实施过程的可能不高。中国专利ZL201210566095.4《基于液滴轮廓曲线四测量点的液体界面张力的测量方法》中提出了一种基于液滴轮廓曲线四测量点的液体界面张力的测量方法，该方法是采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选取四个测量点，测量相邻测量点间的竖直距离、每个测量点处过测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点间的距离、每个测量点处的液滴轮廓曲线的切线与水平线之间的夹角；根据液滴轮廓曲线计算出与四个测量点相关的液体体积；根据公式计算出液体的界面张力。算法中仅仅是对轮廓部分进行了几何换算，与本专利的创新点完全不一致。ZL201210594516.4《一种静态接触角的计算方法》提出了一种基于Young-Laplace 方程仿真产生不同体积和接触角的液滴边缘；计算仿真产生的液滴边缘的接触角，进而获得计算所得接触角、液滴体积与真实接触角的关系；拍摄真实液滴图像，计算图像的接触角；根据计算所得接触角、液滴体积与真实接触角的关系以及实际图像的接触角，采用插值法或类似方法获得准确的接触角。这是一种简单的应用，而没有涉及具体的算法。

作为光学法界面化学分析的一种方法，影像分析法界面化学分析技术在世界上有类似技术，通常以Young-Laplace方程拟合的形式出现。但由于算法和计算机发展影响很大，这些Young-Laplace拟合或采用Bashforth-Adams查表法或简单的经验求解（以Bashforth.F、Adams.J.C、Andreas、S. Hartland等为代表，或采用基于DS/DE或少数点（30°、45°、60°角度值）坐标比值的Select plane快速界面张力测试的算法，以Springer、F.K.Hansen等为代表，或采用ALFI算法并以经验假设的简单影像分析法，以Rotenberg、A.W.Neumann、O.I.del.RIO为代表，均有明显缺陷，与本专利提及的完全真实液滴轮廓（RealDrop?）的影像分析法有一定的区别。