[发明专利]表面张力和表面面积粘性测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体物化性质的装置，特别是涉及一种液体界面物理性质和物体内部物理性质的装置，应用于冶金物理化学、胶体化学、材料、医学、生物学等领域。

背景技术

表面张力为人们提供气液、液液之间相互作用的第一手信息，是液体体系的基本物化性质之一，也是冶金物理化学、胶体化学、生物学和医学等学科领域研究有关表面现象的重要参数。在医学上，是目前预防和治疗急性呼吸窘迫综合症实验研究的基本测量数据之一；表面张力与分子大小和作用力相关，是反映非均匀流体特性的重要参数，也是多相系统研究的基础和出发点；在冶金和铸造中，液态合金表面张力对其过程具有非常重要的影响。在金属的冶炼过程中，液态金属本身、熔锍、熔盐和熔渣的表面性质，以及界面性质，在许多情况下都起着重要作用等等。 

表面面积粘性同样在材料等不同领域具有广泛的应用，并且理论和实践已经证明表面面积粘弹性影响表面张力的大小，对表面张力具有重要的意义。

表面张力测定方法的研究和开发随着近代科学的发展越来越受到了人们的重视。人们为了能够准确的测定表张力的大小，提出了很多不同种类的表面张力测定方法。目前主要有毛细管上升法、Wilhelmy 盘法、Du Nouy脱环法、气泡最大压力法、滴重体积法、滴外形法、电磁悬浮法、振荡射流法、增长液滴法、旋滴法、气泡幅频当量法、表面波光栅衍射法、激光散射法等等。下面对常用的、发展相对比较成熟的前六种方法做一下简单的介绍。

1、毛细管上升法: 毛细管上升法有可能是最先提出的测量表面张力的方法，但是目前还无处考证其具体的提出时间。该方法可以测定平衡状态下的表面张力，目前还是以此法测定的表面张力数据作为标准，是经典的表面张力测定方法。

该测量方法有以下特点：需要数据的校正；测量耗时长；试样用量大。

影响该测定方法的测定精度主要有以下因素：水平基准面的精度；毛细管内径的均匀度和内径值的测定精度；测高仪的精度。

使用范围的局限性：毛细管材料必须是透明的固体材料，如玻璃等；被测液体与透明毛细管材料不发生反应；被测液体与盛放液体的容器材料不发生反应；

适用范围：常用于常温下溶液的表面张力测量。 

2、Du Nouy脱环法：在Du Nouy之前已经有人采用，Timberg在1887年和Sondhauses 在1878年使用此法,但Du Nouy第一次应用扭力天平来测定此最大拉力，形成长时间通用表面张力仪—Du Nouy天平，故此法被称为Du Nouy法。

该测量方法有以下特点：对于溶液，由于液面形成的时间受到限制，所得结果不一定是平衡值；需要数据校正；试样用量大。

影响该测定方法的测定精度主要有以下因素：实验时环的水平程度，其中环面只要倾斜1°就将引入0.5﹪的误差；试样的润湿性；容器的大小；校正系数的准确性，由于应用经验的校正系数使该方法带有经验性，故测量结果受多种不易控制的因素影响，如平衡时间、接触角等。

使用范围的局限性：Harkins和Jordan制作校正系数表时考虑的是接触角为零的情况，接触角不为零将影响所得结果的准确性；不能用于多种气氛的表面张力测定以及高压表面张力的测定；Zettle-moyer等指出，此法对表面活性剂溶液得不到准确的、可重复的结果，相对误差则可高达10﹪。

适用范围：常用于润湿性好的溶液的表面张力测量。

3、Wilhelmy 盘法：Wilhelmy 在1863年提出，他当时所做的实际上与脱环法相似，是测定从液面拉脱吊片时的最大拉力。后来Dognon 和 Arbribut将其进行了改进，不再将片拉脱液面，他们用打毛的铂片，测定当片的底边平行液面并刚好接触液面时的拉力。

该测量方法有以下特点：清洁程序复杂；试样用量大；测定时稳定慢，不适合及时测量；

影响该测定方法的测定精度主要有以下几点：器壁的大小；容器器壁对液体的润湿性；试样的润湿性；

使用范围的局限性：要求液体必须很好地湿润薄片，保持接触角为零；不适合高温高压和深颜色液体的测定；不能用于高压表面张力的测定；

适用范围：常用于润湿性好的溶液的表面张力测量。

4、气泡最大压力法：Simon 在1851年首先提出，后来由Canter、Jaeger 分别从理论和实用角度加以发展，真正达到精度可用的程度是Sugden，他应用Bashforth-Adams方程作了校正，还建议了便于测定的双管法。