CN107036939A - 表面接触角简易测量装置 - Google Patents

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张锦
赵金
王文静
马富华
高占权
蒋世磊
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Abstract

本发明涉及一种表面接触角简易测量装置，包括机架、样品承载台、光学系统、光学系统三维平移台、移液器和计算机；机架为直角弯板结构；样品承载台包括旋转台和样品一维平移台，旋转台一端固定机架的竖直板内壁上，另一端固定连接样品一维平移台，样品一维平移台的上端面设置样品承载平板，样品承载平板上放置被测样品；光学系统三维平移台设置在机架的水平板上，学系统包括变焦镜头和CCD相机，光学系统安置在光学系统三维平移台上，CCD相机与计算机连接。本发明充分利用市场上常见的光机元件，可根据需要随时随地自行组装搭建，以非常低廉的成本和高度的拆装灵活性，满足对接触角测量精度和测量环境的要求和测量次数频繁的需求。

Description

表面接触角简易测量装置
技术领域
本发明涉及表面接触角测量技术领域，具体涉及一种表面接触角的简易测量装置，该装置既可用于对新材料未知本征接触角的测量，也可用于对采用微纳技术制作出的自清洁微纳结构表面的接触角进行测量。
背景技术
接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数。随着新材料的不断涌现，对其表面接触角进行测量成为了解其润湿特性的必比可少的手段之一。目前测量表面接触角的专用测量仪器，针对不同的应用需求，功能已经得到很全面的开发。国际市场上已出现的高温高真空接触角测量仪，不仅能在高温高真空或惰性气体保护环境下测量熔融金属的接触角和表面张力，还能通过更换光源位置，安装注射系统来实现室温下接触角、表面张力等的测量，可广泛应用于航空航天材料、冶金工业、焊接材料等研究领域。另一种手持式接触角表面能测量仪，可轻松测量表面自由能，可完成两种不同液体的滴定，适用于各种复杂样品和测量环境，可测量特殊样品，如墨水，涂料等。
微纳技术的发展，使得各种人工微纳结构表面有了越来越多的应用前景。例如，利用激光干涉光刻技术制作的周期性密集凹凸微纳结构表面，因与荷叶表面的微结构有相似的特征，可应用于人工自清洁。在研究自清洁表面结构的实验过程中，经常需要对实验样品的微纳结构表面的接触角进行测量。目前市场上已有的专用测量仪器，虽然功能齐全，但是价格不菲。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面接触角简易测量装置，解决现有技术中接触角测量装置体积庞大、受使用环境限制大、设备制造成本高、测量速度慢、测量结果不准确等问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种表面接触角简易测量装置，包括机架、样品承载台、光学系统、光学系统三维平移台、移液器和计算机；
所述的机架包括水平板和竖直板，竖直板设置于水平板一端使所述机架构成为直角弯板结构；
所述的样品承载台包括旋转台和样品一维平移台，旋转台的一端固定设置在机架的竖直板内壁上，旋转台的另一端固定连接样品一维平移台，样品一维平移台的上端面设置样品承载平板，样品承载平板上放置被测样品；所述的样品一维平移台可带样品承载平板前后移动，所述的旋转台可带样品一维平移台绕旋转台中心轴线旋转；
所述的光学系统三维平移台设置在机架的水平板的上端面上，所述的光学系统包括变焦镜头和CCD相机，光学系统安置在光学系统三维平移台上，光学系统三维平移台可在水平、竖直方向调整变焦镜头的相对位置，进而确保被测样品表面上的测试液滴始终保持在光学变焦镜头的视场中央；所述的CCD相机与计算机连接。
所述的光学系统三维平移台包括光学系统一维平移台和光学系统二维平移台。
所述的移液器通过支撑架固定设置于样品承载台正上方，移液器内装有测试液体，可以为被测样品定量提供测试液滴。
本发明的有益效果：
本发明表面接触角简易测量装置，充分利用市场上常见的光机元件，可根据需要随时随地自行组装搭建、满足各种测量环境的要求；本发明以非常低廉的成本和高度的拆装灵活性，满足对接触角测量精度和测量次数的需求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图中，1是机架，2是旋转台，3是样品一维平移台，4是样品承载平板，5是移液器，6是成像物镜，7是光学系统一维平移台，8是CCD相机，9是计算机，10是光学系统二维平移台，11是被测样品。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明，参照图1所示的一种表面接触角简易测量装置，包括机架1、样品承载台、光学系统、光学系统三维平移台、移液器5和计算机9；
所述的机架1包括水平板和竖直板，竖直板设置于水平板一端使所述机架1构成为直角弯板结构；直角弯板结构机架1的作用是为装置的各功能组件提供一个背板和底板，将各功能组件组合成一个整体，增加装置的稳定性。
所述的样品承载台包括旋转台2和样品一维平移台3，旋转台2的一端固定设置在机架1的竖直板内壁上，旋转台2的另一端固定连接样品一维平移台3，样品一维平移台3的上端面可设置一个样品承载平板4，样品承载平板4上放置被测样品11，当被测样品11的尺寸大于一维平移台3表面的螺钉孔的尺寸时，也可将被测样品11直接放置在样品一维平移台3的上端面上；所述的样品一维平台3可带被测样品11前后移动，可使被测样品11靠近或远离变焦镜头，辅助实现调焦。所述的旋转台2可带样品一维平移台3绕旋转台2的中心轴线旋转，带动样品一维平台3倾斜，进而可使被测样品11表面的液滴滚动。
光学系统三维平移台的作用是支撑、固定和移动光学系统，包括光学系统一维平移台7和光学系统二维平移台10。光学系统包括变焦镜头6和CCD相机8，光学系统固定设置在光学系统三维平移台上，光学系统三维平移台可在水平、竖直方向调整变焦镜头6的相对位置，进而确保被测样品11表面的测试液滴始终保持在光学变焦镜头6的视场中央；所述的CCD相机8与计算机9连接。
所述的移液器5通过可拆卸的支撑架固定设置于样品承载台正上方；移液器5也可以不采用支架固定，手持式操作，移液器5内装有测试液体，可以为被测样品11定量提供测试液滴。
本发明的装置在使用时，被测样品11放在样品承载台中的样品一维平移台3和样品承载平板4上，手持移液器5将一定体积的测试液体滴在被测样品11表面上，通过调节光学系统一维平移台7和光学系统二维平移台10来移动变焦镜头6，使被测样品11表面的测试液滴成像在CCD相机8的靶面中央，再进一步调整变焦镜头6的焦距，使液滴成像清晰。进一步地，转动旋转台2一定角度，带动样品一维平移台3倾斜，使样品一维平移台3上的被测样品11表面的测试液滴滚动，同时再次调节光学系统一维平移台7和光学系统二维平移台10防止测试液滴图像跑出视场范围。测试液滴滚动过程中，利用与CCD相机8相连的计算机9实时拍摄液滴变化过程，为最终图像分析和计算接触角提供数据。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.表面接触角简易测量装置，其特征在于：包括机架（1）、样品承载台、光学系统、光学系统三维平移台、移液器（5）和计算机（9）；
所述的机架（1）包括水平板和竖直板，竖直板设置于水平板一端使所述机架构成为直角弯板结构；
所述的样品承载台包括旋转台（2）和样品一维平移台（3），旋转台（2）的一端固定设置在机架（1）的竖直板内壁上，旋转台（2）的另一端固定连接样品一维平移台（3），样品一维平移台（3）的上端面设置样品承载平板（4），样品承载平板（4）上放置被测样品（11）；所述的样品一维平移台（3）可带样品承载平板（4）前后移动，所述的旋转台（2）可带样品一维平移台（3）绕旋转台（2）中心轴线旋转；
所述的光学系统三维平移台设置在机架（1）的水平板的上端面上，所述的光学系统包括变焦镜头（6）和CCD相机（8），光学系统安置在光学系统三维平移台上，光学系统三维平移台可在水平、竖直方向调整变焦镜头（6）的相对位置，进而确保被测样品（11）表面上的测试液滴始终保持在光学变焦镜头（6）的视场中央；所述的CCD相机（8）与计算机（9）连接。
2.根据权利要求1所述的表面接触角简易测量装置，其特征在于：所述的光学系统三维平移台包括光学系统一维平移台（7）和光学系统二维平移台（10）。
3.根据权利要求1或2所述的表面接触角简易测量装置，其特征在于：所述的移液器（5）通过可拆卸支撑架固定设置于样品承载台正上方，移液器（5）内装有测试液体，可以为被测样品（11）定量提供测试液滴。
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