[发明专利]一种基于光反射的固体表面能测定装置及方法

权利要求书

1.一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，包括光源(1)、光束控制元件(2)、光路调节元件、观察屏(5)、采集装置及评估系统；光源(1)用于产生平行扩束光束，光束控制元件(2)及光束调节元件依次设置在平行扩束光束的光路上；光束控制元件(2)用于调节平行扩束光束的直径，光束调节元件用于将平行扩束光束分为至少三个入射光束；

入射光束照射待测固体表面上的液滴后，形成反射光束；待测固体表面的上方平行设置有观察屏(5)，反射光束在观察屏(5)上形成反射光斑；采集装置用于采集观察屏(5)上的反射光斑，采集装置的输出端与评估系统连接，评估系统用于根据采集的反射光斑，计算得到待测固体的表面能。

2.根据权利要求1所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，光束调节元件包括第一分光镜(6)、第二分光镜(7)、第三分光镜(8)、第四分光镜(9)、第五分光镜(10)、第一平面镜(11)及第二平面镜(12)；

第一分光镜(6)置于平行扩束光束的光路上，平行扩束光束通过第一分光镜(6)后，形成第一反射光束和第一透射光束；第一平面镜(11)及第二分光镜(7)依次设置在第一反射光束的光路上，第一反射光束依次经第一平面镜(11)及第二分光镜(7)反射后，形成第一个入射光束，第一个入射光束垂直照射在待测固体表面上的第一个液滴上；

第三分光镜(8)设置在第一透射光束的光路上，第一透射光束通过第三分光镜(8)后，形成第二反射光束和第二透射光束；第二平面镜(12)及第四分光镜(9)依次设置在第二反射光束的光路上，第二反射光束依次经第二平面镜(12)及第四分光镜(9)反射后，形成第二个入射光束，第二个入射光束垂直照射在待测固体表面上的第二个液滴上；

第五分光镜(10)设置在第二透射光束的光路上，第二水平光束通过第五分光镜(10)反射后，形成第三个入射光束，第三个入射光束垂直照射在待测固体表面上的第三个液滴上。

3.根据权利要求2所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，第一分光镜(6)、第二分光镜(7)、第三分光镜(8)、第四分光镜(9)及第五分光镜(10)均采用半透半反镜。

4.根据权利要求1所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，光源(1)包括激光器、扩束器及凸透镜，激光器用于发射平行光束，扩束器及凸透镜依次设置在平行光束的光路上，用于将平行光束调整为平行扩束光束。

5.根据权利要求1所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，光束控制元件(2)采用圆孔状光阑，圆孔状光阑上设置有刻度值。

6.根据权利要求1所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，其特征在于，观察屏(5)采用光学毛玻璃。

7.一种基于光反射的固体表面能测定方法，其特征在于，利用权利要求1-6任意一项所述的一种基于光反射的固体表面能测定装置，包括以下步骤：

步骤1、在待测固体表面设置至少三个液滴；

步骤2、打开光源，利用光束控制元件，调节平行扩束光束的直径，使平行扩束光束的直径大于等于液滴半径的2倍；

步骤3、调整光路调节元件，将平行扩束光束分为至少三个入射光束，并使每个入射光束分别照射对应液滴表面，每个入射光束经对应液滴反射后在观察屏上形成反射光斑，记录每个反射光斑的直径；

步骤4、调整观察屏与待测固体表面的间距，记录观察屏调整后的每个反射光斑的直径，计算观察屏调整前后反射光斑的直径差；

步骤5、重复步骤4，至少获取三组观察屏调整前后反射光斑的直径差；

步骤6、利用若干组观察屏调整前后反射光斑的直径差，计算得到每个液滴与待测固体表面的接触角；

步骤7、根据每个液滴与待测固体表面的接触角，计算待测固体表面的表面能。