CN110375623A - 一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置及方法，可以测量不同角度、强度磁场下的磁响应柔性界面材料的滚动角，以及，不同旋转方向下的磁响应柔性界面材料的滚动角。一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，包括外壳，所述外壳内设有：载物板，用于固定磁响应柔性界面材料；磁路系统，用于对磁响应柔性界面材料加载磁场；还包括：第一竖直旋转机构，用于带动载物板在竖直方向旋转；第二竖直旋转机构，位于第一竖直旋转机构的正下方，用于带动磁路系统在竖直方向旋转；水平旋转机构，用于使载物板在水平方向旋转，改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置；测量器，用于测量第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构的转动角度。

Description

一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置及方法

技术领域

本发明涉及滚动角测量技术领域，特别是涉及一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置及方法。

背景技术

滚动角是一种表达特定表面润湿性的方法。对于超疏水材料而言滚动角和接触角一样是判断材料是否超疏水的一个重要标准，通常情况下，超疏水材料的滚动角≤10°。

在现有仪器中有很多测量材料接触角的仪器，却很少有测量材料滚动角的仪器。目前现有的测量滚动角的仪器功能很单调，仅仅只是测量滚动角，或是在测量接触角的基础上添加一个摄像头可以测量滚动角，缺乏一种多功能的滚动角测量工具。随着技术的发展，超疏水技术已经普及到日常生活中，对超疏水的应用也是越发的广泛，针对不同的应用领域对超疏水材料特性也有相应的改变。

目前，出现了磁响应柔性界面材料，这种新材料最大的特点就是可以通过外部磁场刺激改变磁响应柔性界面材料本身的疏水性，从而自由控制液体的滚动，进而更好适应一些新的技术领域，应用于各种领域。磁控具有响应快、稳定、不改变材料性质等优势，为了更好的得知液体在不同磁场下的滚动情况，加快新材料的应用进程，因此磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置及方法，可以测量不同角度、强度磁场下的磁响应柔性界面材料的滚动角，以及，不同旋转方向下的磁响应柔性界面材料的滚动角。

本发明的目的是这样实现的：

一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，包括外壳，所述外壳内设有：

载物板，用于固定磁响应柔性界面材料；

磁路系统，用于对磁响应柔性界面材料加载磁场；

还包括：

第一竖直旋转机构，用于带动载物板在竖直方向旋转；

第二竖直旋转机构，位于第一竖直旋转机构的正下方，用于带动磁路系统在竖直方向旋转；

水平旋转机构，用于使载物板在水平方向旋转，改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置；

测量器，用于测量第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构的转动角度。

优选地，所述外壳包括上下圆筒、下圆筒，所述载物板、磁路系统均安装在外壳上，所述外壳的下端设有呈环形的凸出结构，所述下圆筒的上端对应设有呈环形的凹槽结构，所述凸出结构嵌入凹槽结构内间隙配合。

优选地，所述载物板所述载物板呈条状，其轴向两端均设有第一卡棍，所述第一卡棍的一端为矩形端，另一端为圆形端，所述载物板的轴向两端设有矩形孔与第一卡棍的矩形端周向固定，所述第一卡棍的圆形端可转动支撑于外壳，一根第一卡棍的圆形端伸出外壳外，用于控制载物板沿竖直方向旋转，形成第一竖直旋转机构；

所述载物板的轴向两端呈弧形与外壳的内壁对应，所述载物板的两端沿径向设有多对矩形孔，各对矩形孔的连线具有同一交点，其中一对矩形孔与第一卡棍连接，用于改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置，形成水平旋转机构。

优选地，所述测量器包括外壳上设有的第一刻度盘，以及第一卡棍上对应设有的第一指针，用于测量第一卡棍的转动角度。

优选地，所述磁路系统包括呈条形的电磁铁，所述电磁铁位于载物板的下方，且垂直于第二竖直旋转机构的转动轴心线。

优选地，所述外壳采用磁屏蔽材料，所述外壳的上方平设有导磁板，用于保证磁场穿过载物板，导磁板由支架支撑于外壳的上端。

优选地，所述电磁铁的上端固定在安装板上，所述安装板的轴向两端均固定第二卡棍，所述第二卡棍可转动支撑于外壳，一根第二卡棍的圆形端伸出外壳外，用于控制安装板沿竖直方向旋转，形成第二竖直旋转机构。

优选地，所述测量器包括外壳上设有的第二刻度盘，以及第二卡棍上对应设有的第二指针，用于测量第二卡棍的转动角度。

优选地，所述载物板呈条状，其一侧为移动轨道，另一侧为刻度尺，所述移动轨道上夹持固定有两个夹子，两个夹子之间形成磁响应柔性界面材料的夹持拉伸空间，所述刻度尺用于测量磁响应柔性界面材料的形变量，形成磁响应柔性界面材料的拉伸系统。

优选地，所述外壳内设有接水槽与载物板对应。

一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量方法，

将磁响应柔性界面材料沿纵向放置在载物板上固定，将水滴在磁响应柔性界面材料的上表面，磁路系统工作；

测量不同磁场方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，第二竖直旋转机构工作，使磁路系统产生倾斜角β，观察水滴的滚动情况，持续调节第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、倾斜角β，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，倾斜角β为磁场作用于磁响应柔性界面材料的角度；

测量不同转动方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，水平旋转机构工作，使载物板与竖直方向转动轴心线产生夹角γ，持续调节第一竖直旋转机构、水平旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、夹角γ，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，夹角γ为磁响应柔性界面材料的纵向与竖直方向转动轴心线的夹角。

优选地，将磁响应柔性界面材料两端用载物板上的夹子固定，再向两侧拉伸，记录变形量。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、针对磁响应柔性界面材料滚动角与外部磁场相关的独特性质，本发明专利在装置中设计可自由改变磁场强度和微小改变磁场方向的磁路系统(第二竖直旋转机构)。该磁路系统的核心为设立在载物板下部的可微小旋转的电磁铁，通过改变电磁铁的角度，可以改变磁场的方向，从而测量该类材料在不同方向磁场中的滚动角。

2、针对磁响应柔性界面材料滚动角与材料自身可发生形变相关的独特性质，本发明专利在装置中设计磁响应柔性界面材料可自由改变的拉伸系统。可自由拉伸柔性材料，并记录形变量。该拉伸系统的核心是设立在载物板上的夹子、移动轨道和刻度尺，利用夹子将柔性材料两端固定，然后向两侧拉伸，即可让柔性材料发生形变，进而测量材料形变后的滚动角。

3、针对磁响应柔性界面材料滚动角与材料各向异性相关的独特性质，本发明专利在装置中设计磁响应柔性界面材料可在载物板上改变倾斜方向的转动系统(水平旋转机构)。改变载物板的方向，从而改变磁响应柔性界面材料的方向，进而测量材料在不同方向上的滚动角。该转动系统的核心为插入载物板的第一卡棍，让第一卡棍卡住载物板上不同的矩形孔，旋转上圆筒，即可实现载物板从不同方向倾斜。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为第一卡棍的结构示意图；

图3为载物板上矩形孔的分布示意图；

图4为凸出结构、凹槽结构的配合示意图；

图5为第一刻度盘/第二刻度盘的示意图。

图6为本发明装置的外形示意图；

图7为图6的俯视示意图；

图8为图6的侧视示意图；

图9为拉伸系统的结构示意图。

附图标记

附图中，1为载物板，2为磁响应柔性界面材料，3为上圆筒，4为第一卡棍，5为第二卡棍，6为电磁铁，7为下圆筒，8为接水槽，9为凸出结构，10为出线孔，11为倾角传感器，12为矩形孔，13为支架，14为导磁板，15为矩形端，16为圆形端，17为夹子，18为轨道，19为刻度尺，20为凹槽结构。

具体实施方式

参见图1-图9，一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，包括外壳，所述外壳内设有：载物板，用于固定磁响应柔性界面材料；磁路系统，用于对磁响应柔性界面材料加载磁场。所述外壳包括上圆筒、下圆筒，所述载物板、磁路系统均安装在上圆筒上。所述载物板呈条状，其一侧为移动轨道，另一侧为刻度尺，所述移动轨道上夹持固定有两个夹子，两个夹子之间形成磁响应柔性界面材料的夹持拉伸空间，所述刻度尺用于测量磁响应柔性界面材料的形变量，形成磁响应柔性界面材料的拉伸系统。所述下圆筒内设有接水槽与载物板对应，用于接收载物板上流下的水滴。所述上圆筒的下端设有呈环形的凸出结构，所述下圆筒的上端对应设有呈环形的凹槽结构，所述凸出结构嵌入凹槽结构内间隙配合，使外壳可以拆卸，倒出接水槽内的水。

测量装置还包括第一竖直旋转机构，用于带动载物板在竖直方向旋转；本实施例中，所述载物板呈条状，其轴向两端均设有第一卡棍，所述第一卡棍的一端为矩形端，另一端为圆形端，所述载物板的轴向两端设有矩形孔与第一卡棍的矩形端周向固定，所述第一卡棍的圆形端可转动支撑于上圆筒，一根第一卡棍的圆形端伸出上圆筒外，用于控制载物板沿竖直方向旋转，形成第一竖直旋转机构。

测量装置还包括水平旋转机构，用于使载物板在水平方向旋转，改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置；本实施例中，所述载物板的轴向两端呈弧形与上圆筒的内壁对应，所述载物板的两端沿径向设有多对矩形孔，各对矩形孔的连线具有同一交点，其中一对矩形孔与第一卡棍连接，用于改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置，形成水平旋转机构。即第一卡棍的位置相对于外壳不变，载物板在水平方向旋转，使条形的载物板与竖直方向转动轴心线形成夹角，改变其在竖直方向的转动方向。

多对矩形孔中，其中一对沿载物板纵向设置，为初始位置，即第一竖直旋转机构的转动轴心线平行于下述的第二竖直旋转机构转动轴心线，夹角γ为0，其余对矩形孔与初始位置均匀角度设置，例如与初始位置呈10°夹角、20°夹角……。

测量装置还包括第二竖直旋转机构，位于第一竖直旋转机构的正下方，用于带动磁路系统在竖直方向旋转；本实施例中，所述磁路系统包括呈条形的电磁铁，所述电磁铁位于载物板的下方，且垂直于第二竖直旋转机构的转动轴心线，所述外壳采用磁屏蔽材料，所述外壳的上方平设有导磁板，用于保证磁场穿过载物板，导磁板由支架支撑于外壳的上端。本实施例中，所述电磁铁的上端固定在安装板上，所述安装板的轴向两端均固定第二卡棍，所述第二卡棍可转动支撑于外壳，一根第二卡棍的圆形端伸出外壳外，用于控制安装板沿竖直方向旋转，形成第二竖直旋转机构。电磁回路与电流形成回路类似，载物板下方的电磁铁发出磁场，磁屏蔽外壳会阻碍磁场，而导磁板让磁场经过载物板形成回路，上圆筒上设有电磁铁导线的出线孔。

所述上圆筒上设有第一卡棍、第二卡棍的锁定结构，用于锁定第一卡棍、第二卡棍旋转角度，所述锁定结构可以采用紧定螺钉、插销、螺母等锁定方式。本实施例中，第一卡棍、第二卡棍的外端设有螺纹段，并螺纹配合有锁定螺母，所述锁定螺母与上圆筒贴合时，锁定第一卡棍、第二卡棍的旋转角度。所述螺纹段的直径适宜小于第一卡棍、第二卡棍与上圆筒配合部的直径。

电磁铁与载物板之间存在空隙，可以让电磁铁的磁场与磁响应柔性界面材料之间为非垂直的关系，通过改变电磁铁的角度，让磁场与磁响应柔性界面材料非垂直，进而测量该类材料在不同磁场方向中的滚动角。

测量装置还包括测量器，用于测量第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构的转动角度。本实施例中，所述测量器包括上圆筒上设有的第一刻度盘，以及第一卡棍上对应设有的第一指针，用于测量第一卡棍的转动角度。所述测量器还包括外壳上设有的第二刻度盘，以及第二卡棍上对应设有的第二指针，用于测量第二卡棍的转动角度。本实施例中，可以采用倾角传感器为辅助测量工具，用外接显示器来显示精确(具体到小数点后两位)的倾角。还可以采用电子摄像设备记录测量过程和/或液滴运动轨迹。

一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量方法：

将磁响应柔性界面材料沿纵向放置在载物板上固定，将水滴在磁响应柔性界面材料的上表面，磁路系统工作；

测量不同磁场方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，第二竖直旋转机构工作，使磁路系统产生倾斜角β，观察水滴的滚动情况，持续调节第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、倾斜角β，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，倾斜角β为磁场作用于磁响应柔性界面材料的角度；通过倾斜角α、倾斜角β的多组取值，可以获得不同磁场方向下，磁响应柔性界面材料滚动角。

测量不同转动方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，水平旋转机构工作，使载物板与竖直方向转动轴心线产生夹角γ，持续调节第一竖直旋转机构、水平旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、夹角γ，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，夹角γ为磁响应柔性界面材料的纵向与竖直方向转动轴心线的夹角；通过倾斜角α、夹角γ的多组取值，可以获得不同转动方向下，磁响应柔性界面材料滚动角。

测量拉伸变形后的滚动角：

将磁响应柔性界面材料两端用载物板上的夹子固定，再向两侧拉伸，记录变形量。其余测量方法与前面相同。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于，包括外壳，所述外壳内设有：

载物板，用于固定磁响应柔性界面材料；

磁路系统，用于对磁响应柔性界面材料加载磁场；

还包括：

第一竖直旋转机构，用于带动载物板在竖直方向旋转；

第二竖直旋转机构，位于第一竖直旋转机构的正下方，用于带动磁路系统在竖直方向旋转；

水平旋转机构，用于使载物板在水平方向旋转，改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置；

测量器，用于测量第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构的转动角度。

2.根据权利要求1所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：

所述载物板的轴向两端均设有第一卡棍，所述第一卡棍的一端为矩形端，另一端为圆形端，所述载物板的轴向两端设有矩形孔与第一卡棍的矩形端周向固定，所述第一卡棍的圆形端可转动支撑于外壳，一根第一卡棍的圆形端伸出外壳外，用于控制载物板沿竖直方向旋转，形成第一竖直旋转机构；

所述载物板的轴向两端呈弧形与外壳的内壁对应，所述载物板的两端沿径向设有多对矩形孔，各对矩形孔的连线具有同一交点，其中一对矩形孔与第一卡棍连接，用于改变载物板相对于竖直方向转动轴心线的位置，形成水平旋转机构。

3.根据权利要求2所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述测量器包括外壳上设有的第一刻度盘，以及第一卡棍上对应设有的第一指针，用于测量第一卡棍的转动角度。

4.根据权利要求1或2所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述磁路系统包括呈条形的电磁铁，所述电磁铁位于载物板的下方，且垂直于第二竖直旋转机构的转动轴心线，所述外壳采用磁屏蔽材料，所述外壳的上方平设有导磁板，用于保证磁场穿过载物板，导磁板由支架支撑于外壳的上端。

5.根据权利要求4所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述电磁铁的上端固定在安装板上，所述安装板的轴向两端均固定第二卡棍，所述第二卡棍可转动支撑于外壳，一根第二卡棍的圆形端伸出外壳外，用于控制安装板沿竖直方向旋转，形成第二竖直旋转机构。

6.根据权利要求5所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述测量器包括外壳上设有的第二刻度盘，以及第二卡棍上对应设有的第二指针，用于测量第二卡棍的转动角度。

7.根据权利要求1所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述载物板呈条状，其一侧为移动轨道，另一侧为刻度尺，所述移动轨道上夹持固定有两个夹子，两个夹子之间形成磁响应柔性界面材料的夹持拉伸空间，所述刻度尺用于测量磁响应柔性界面材料的形变量，形成磁响应柔性界面材料的拉伸系统。

8.根据权利要求1所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量装置，其特征在于：所述外壳内设有接水槽与载物板对应。

9.一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量方法，其特征在于：

将磁响应柔性界面材料沿纵向放置在载物板上固定，将水滴在磁响应柔性界面材料的上表面，磁路系统工作；

测量不同磁场方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，第二竖直旋转机构工作，使磁路系统产生倾斜角β，观察水滴的滚动情况，持续调节第一竖直旋转机构、第二竖直旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、倾斜角β，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，倾斜角β为磁场作用于磁响应柔性界面材料的角度；

测量不同转动方向下，磁响应柔性界面材料滚动角：

第一竖直旋转机构工作，使载物板产生倾斜角α，水平旋转机构工作，使载物板与竖直方向转动轴心线产生夹角γ，持续调节第一竖直旋转机构、水平旋转机构，直至水滴发生滚动的时候，记录倾斜角α、夹角γ，倾斜角α即为磁响应柔性界面材料的滚动角，夹角γ为磁响应柔性界面材料的纵向与竖直方向转动轴心线的夹角。

10.根据权利要求9所述的一种磁响应柔性界面材料的滚动角测量方法，其特征在于：将磁响应柔性界面材料两端用载物板上的夹子固定，再向两侧拉伸，记录变形量。