CN111122434A - 一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生高黏附超疏水材料‑液滴黏附力的高精度测试系统，包括测试平台固定底板，固定安装在测试平台固定底板上方的测试平台平移组件、液滴注射单元安装架和竖直丝杠固定板，以及安装在测试平台平移组件上的黏附力测试平台组件；液滴注射单元安装架上设置有位于黏附力测试平台组件上方的液滴注射机构，竖直丝杠固定板上设置有位于黏附力测试平台组件上方的黏附力测试机构；液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件的前侧和后侧。本发明专门用于测试仿生高黏附超疏水材料与液滴间产生的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、测试结果准确等优点。

Description

一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统

技术领域

本发明属于力学测试技术，尤其涉及一种用于表征仿生高黏附超疏水材料表面与液滴之间黏附力的微牛级精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、测试结果准确的测试系统。

背景技术

液滴浸润性是固体表面的重要特征，受荷叶、水黾腿部、蝴蝶翅膀等动植物体表特殊浸润特性的启发，学者相继开展研究并仿生研制出具有特殊浸润特性的超疏水材料。这些超疏水材料在诸多工程领域和人们的日常生活领域有着极其重要的应用，如自清洁涂层、防雾玻璃、金属防腐蚀、船舰减阻等。与低黏附超疏水表面相比，一些动植物体表（花生叶片）表现出超疏水的同时，还对水滴呈现较高的黏附力，翻转任何角度，水滴在这种表面上都不会滚落。高黏附超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值，例如可作为“机械手”用于微液滴的无损输运。对于具有高黏附超疏水材料的仿生研制，需要量化表征仿生原型、制备样件的黏附特性，即需要进行黏附力测试。这类黏附力的精度处于微牛级，甚至是亚微牛级，要求测试系统不仅具备高精度，还应具有极高的测试过程稳定性、较高的测试平台水平度，因此需要较高的专业性与针对性。目前对于黏附特性的量化表征，多采用高敏感性的微电力学天平来进行，设备成本极高。因此，需要研制一种高精度黏附力测试系统，专门测试超疏水材料表面对液滴产生的黏附力，用于量化表征超疏水材料的黏附特性。

中国发明专利CN102252960A公开了一种测量物体间粘附力的装置及测试方法，包括待测样品安装固定装置、平衡块安装固定装置、旋转测速装置和视频处理模块，待测样品间的粘附力等于其在高速转动离心力的作用下分离时的离心力，通过高速摄像机可以观测到待测样品在离心力的作用下摆脱粘附力进行分离的动态过程。由于在离心旋转过程中振动的影响，该专利比较适合较大量程、低精度黏附力的测量，对于超疏水材料与液滴之间的微牛级、亚微牛级黏附力，该系统不能满足精度要求；而且随待测样品安装固定装置高速旋转的液滴会改变形貌，导致其与超疏水材料间黏附特性测试准确性较差。中国发明专利CN105675059A公开了一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动、摩擦力测试杆转轴、薄膜检测装置和显微镜装置等，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的摩擦力、黏附力，其黏附力检测时装置运动速度可以达1 µm/s，能够确保准确测试由测试样本的微小变形而引起的黏附力。但是，该测试装置仅能够测试固体材料之间由存在相对运动趋势而产生的黏附力、摩擦力等，不能用于液滴与固体材料（超疏水材料）之间的黏附力测试。中国发明专利201810352124.4公开了一种仿生黏附材料的黏附力测试装置及其测试方法，测试装置包括基板、预压力加载机构、黏附力测试机构和角度调节机构，预压力加载机构包括U形支架和样品台及施力传感单元，角度调节结构包括L形支架及竖向移动转接单元、上固定转接单元和下固定转接单元，黏附力测试机构包括依次连接的PVC承载片、牵拉线和电机，PVC承载片与待测黏附样品相连接。本发明中采用设置竖/横向移动转接单元的方式，使得待测黏附样品在承受拉力后可进行不同剥离角度下的黏附性能测试，所设置的机械机构比较适合聚合物基阵列黏附材料、碳纳米管阵列黏附材料等固体材料间黏附力的测试，不能测试液滴与固体材料（超疏水材料）间的黏附力测试。

综上所述，现有的黏附力测试系统，在测试量程、测试精度、测试准确性、测试平台及其附属机械装置等方面不能满足超疏水材料与液滴之间产生的黏附力测试需求。因此，有必要研制一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、测试结果准确等特点，专门用于表征仿生高黏附超疏水材料与液滴间产生的黏附力。

发明内容

本发明基于上述技术背景，提供一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，专门用于测试仿生高黏附超疏水材料与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、测试结果准确等特点。

为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：

一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，包括测试平台固定底板，固定安装在测试平台固定底板上方的测试平台平移组件、液滴注射单元安装架和竖直丝杠固定板，以及安装在测试平台平移组件上的黏附力测试平台组件；

所述液滴注射单元安装架上设置有位于黏附力测试平台组件上方的液滴注射机构，所述竖直丝杠固定板上设置有位于黏附力测试平台组件上方的黏附力测试机构；

所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件在测试平台平移组件上平移方向的前侧和后侧。

在本发明的一些实施例中，所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板上的液滴注射单元安装架、固定在液滴注射单元安装架上的液滴注射单元夹具以及夹持在液滴注射单元夹具上的滴液注射单元；

所述滴液注射单元的下端位于黏附力测试平台组件的上方。

在本发明的一些实施例中，所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板上的竖直丝杠固定板、安装在竖直丝杠固定板侧部的微动测试组件、固定连接在微动测试组件上的平行双簧片悬臂梁、设置在平行双簧片悬臂梁左下侧的液滴转移探针以及固定在微动测试组件上的电涡流位移传感器；

所述液滴转移探针位于黏附力测试平台组件的上方；

所述电涡流位移传感器用来感知双簧片悬臂梁的弹性变形并输出电压信号。

在本发明的一些实施例中，所述液滴注射单元安装架、测试平台平移组件和竖直丝杠固定板均固定连接在测试平台固定底板上，且液滴注射单元安装架和竖直丝杠固定板分别位于测试平台平移组件的两侧。

在本发明的一些实施例中，所述黏附力测试平台组件包括测试平台水平调节球、测试样本放置平台、测试样本固定夹、圆水准泡、支撑架紧固螺钉、测试平台支撑架、连接板紧固螺钉、丝杠滑块连接板和水平调节螺钉；

测试样本放置平台由测试样本放置平台上端面与法兰盘焊接而成，在测试样本放置平台上设置测试样本固定夹，用于固定高黏附超疏水材料样本；

所述测试平台水平调节球的下端通过连接柱固定连接在测试平台支撑架的中部，所述水平调节螺钉穿通测试样本放置平台，其下端支撑在测试平台支撑架的上表面；

通过安装在法兰盘内的测试平台水平调节球、测试样本放置平台上设置的圆水准泡与水平调节螺钉，实现测试样本放置平台的水平调整，以确保液滴与高黏附超疏水材料表面垂直接触；

测试样本放置平台通过支撑架紧固螺钉与测试平台支撑架紧固连接，使用连接板紧固螺钉将丝杠滑块连接板与测试平台平移组件紧固连接。

在本发明的一些实施例中，所述测试平台平移组件包括水平滚珠丝杠底座、分别固定在水平滚珠丝杠底座两端的水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端之间的水平滚珠丝杠丝杆、固定在水平滚珠丝杠丝杆上的水平滚珠丝杠滑块、开设在水平滚珠丝杠滑块上的固定架螺纹孔、开设在水平滚珠丝杠底座上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔以及固定在水平滚珠丝杠固定端外侧的水平步进电机；

在水平步进电机的驱动下，黏附力测试平台组件将待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元处移动到液滴转移探针的正下方。

在本发明的一些实施例中，所述微动测试组件包括电涡流位移传感器固定架、L型过载保护支架、双簧片悬臂梁固定架、平行双簧片悬臂梁紧固螺钉、步进电机、支撑连接架和滚珠丝杠；

所述滚珠丝杠固定连接在竖直丝杠固定板上，所述电涡流位移传感器固定架、支撑连接架和双簧片悬臂梁固定架分别通过螺钉固定在滚珠丝杠的滑块上，所述平行双簧片悬臂梁固定架上端固定支撑连接架，支撑连接架通过长螺钉与L型过载保护支架连接。

在本发明的一些实施例中，平行双簧片悬臂梁通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉固定安装到平行双簧片悬臂梁固定架上；

电涡流位移传感器固定在电涡流位移传感器固定架上，在水平方向上调节电涡流位移传感器的位置；

为防止平行双簧片悬臂梁因过载而超过其弹性形变幅度的安全范围，设置L型过载保护支架，使平行双簧片悬臂梁的下侧弹簧片与上侧弹簧片的位移变形量不超过安全变形范围；

由步进电机驱动滚珠丝杠上的滑块带动其上的微动测试组件、平行双簧片悬臂梁、液滴转移探针在竖直方向上上下移动。

在本发明的一些实施例中，所述平行双簧片悬臂梁包括用来固定安装在平行双簧片悬臂梁固定架上的矩形连接块、材质相同且尺寸一致的下侧弹簧片与上侧弹簧片和半圆弧形连接块；

所述矩形连接块和半圆弧形连接块固定安装在下侧弹簧片与上侧弹簧片之间；

所述半圆弧形连接块的侧端下部设置竖直螺纹孔，用以固定安装液滴转移探针。

作为本发明的进一步改进，所述测试平台固定底板的底部设置四个橡胶减震垫，用以隔绝外界振动干扰，增强该测试系统的整体稳定性。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

本发明提供了一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，专门用于测试仿生高黏附超疏水材料与液滴间产生的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、测试结果准确等优点。

附图说明

图1 本发明的整体结构示意图；

图2 本发明的黏附力测试平台组件的整体结构示意图；

图3 本发明的测试样本放置平台的剖视图；

图4 本发明的测试平台平移组件的整体结构示意图；

图5 本发明的微动测试组件的整体结构示意图；

图6 本发明的平行双簧片悬臂梁的整体结构示意图。

图中：1、黏附力测试平台组件；1-1、测试平台水平调节球； 1-2、测试样本放置平台；1-3、测试样本固定夹；1-4、圆水准泡；1-5、支撑架紧固螺钉；1-6、测试平台支撑架；1-7、连接板紧固螺钉；1-8、丝杠滑块连接板；1-9、水平调节螺钉；1-2-1、测试样本放置平台上端面；1-2-2、法兰盘；

2、微动测试组件；2-1、电涡流位移传感器固定架；2-2、L型过载保护支架；2-3、平行双簧片悬臂梁固定架；2-4、平行双簧片悬臂梁紧固螺钉；2-5、步进电机；2-6、支撑连接架；2-7、滚珠丝杠；

3、平行双簧片悬臂梁；3-1、矩形连接块；3-2、下侧弹簧片；3-3、上侧弹簧片；3-4、半圆弧形连接块；3-5、竖直螺纹孔；

4、电涡流位移传感器；5、液滴转移探针；6、液滴注射单元；7、液滴注射单元夹具；8、液滴注射单元安装架；9、竖直丝杠固定板；

10、测试平台平移组件；10-1、水平滚珠丝杠支撑端；10-2、水平滚珠丝杠滑块；10-3、固定架螺纹孔；10-4、水平滚珠丝杠丝杆；10-5、水平步进电机；10-6、水平滚珠丝杠固定端；10-7、水平滚珠丝杠底座；10-8、水平滚珠丝杠底座螺纹孔；

11、测试平台固定底板；12、橡胶减震垫。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图，对本发明的工作过程作详细说明。

本发明提供一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，能够实现黏附力测试的平行双簧片悬臂梁、电涡流位移传感器是该系统的核心部件；为匹配双簧片悬臂梁、电涡流位移传感器的固定安装与测试功能，设置黏附力测试平台组件及附属机械机构。

如附图1所示，一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，主要包括黏附力测试平台组件1、微动测试组件2、平行双簧片悬臂梁3、电涡流位移传感器4、液滴转移探针5、液滴注射单元6、液滴注射单元夹具7、液滴注射单元安装架8、竖直丝杠固定板9、测试平台平移组件10、测试平台固定底板11、橡胶减震垫12。

黏附力测试平台组件1用于放置高黏附超疏水材料并能够将该材料调至水平，便于液滴与高黏附超疏水材料的垂直接触，确保黏附力测试结果的准确性；利用微动测试组件2控制平行双簧片悬臂梁3、电涡流位移传感器4、液滴转移探针5在竖直方向的上下移动，实现高黏附超疏水材料与液滴间黏附力的测试；微动测试组件2通过螺栓与竖直丝杠固定板9紧密固定，液滴注射单元6通过液滴注射单元夹具7紧固安装在液滴注射单元安装架8上；黏附力测试平台组件1安装在测试平台平移组件10上，实现黏附力测试平台组件1在水平方向的移动，待测的高黏附超疏水材料样本移动至液滴注射单元6的正下方，液滴注射单元6的液滴滴落至高黏附超疏水材料样本表面，然后移动至液滴转移探针5的正下方，使液滴与液滴转移探针5接触，便于黏附力测试；液滴注射单元安装架8、竖直丝杠固定板9与测试平台平移组件10均紧固安装到测试平台固定底板11上，测试平台固定底板11的底部设置4个橡胶减震垫12，用以隔绝外界振动干扰，增强该测试系统的整体稳定性。

如附图1、附图2、附图3、附图4所示，黏附力测试平台组件1主要由测试平台水平调节球1-1、测试样本放置平台1-2、测试样本固定夹1-3、圆水准泡1-4、支撑架紧固螺钉1-5、测试平台支撑架1-6、连接板紧固螺钉1-7、丝杠滑块连接板1-8、水平调节螺钉1-9组成。

测试样本放置平台1-2设置尺寸为20mm ×35mm ×2mm（长×宽×高），由测试样件放置平台上端面1-2-1与法兰盘1-2-2焊接而成。在测试样本放置平台1-2上设置测试样本固定夹1-3用于固定需要测试的高黏附超疏水材料，通过安装在法兰盘1-2-2内的测试平台水平调节球1-1、测试样本放置平台1-2设置的圆水准泡1-4、水平调节螺钉1-9，实现测试样本放置平台1-2的水平度调整。测试样本放置平台1-2通过支撑架紧固螺钉1-5与测试平台支撑架1-6紧固连接，使用连接板紧固螺钉1-7将丝杠滑块连接板1-8与测试平台平移组件10上的水平滚珠丝杠滑块10-2紧固连接，水平滚珠丝杠滑块10-2连接面的尺寸为 16mm ×33.5mm ×2mm（长×宽×高）。测试平台平移组件10包括水平滚珠丝杠支撑端10-1、水平滚珠丝杠滑块10-2、固定架螺纹孔10-3、水平滚珠丝杠丝杆10-4、水平步进电机10-5、水平滚珠丝杠固定端10-6、水平滚珠丝杠底座10-7、水平滚珠丝杠底座螺纹孔10-8。在水平步进电机10-5的驱动下，黏附力测试平台组件1能够在水平方向上左右移动，使高黏附超疏水材料待测样本先移动至液滴注射单元6的正下方，再移动至液滴转移探针5的正下方。

测试平台固定底板11选用刚度高、性能稳定的不锈钢材质，尺寸参数为210mm ×70mm ×5mm（长×宽×高），为黏附力测试平台组件1、微动测试组件2、测试平台平移组件10等提供固定安装平台。黏附力测试平台组件1通过螺钉固定到测试平台平移组件10上，在步进电机10-5的驱动下使黏附力测试平台组件1能够平稳准确地将高黏附超疏水材料样本由液滴注射单元6的正下方移动到液滴转移探针5的正下方。

如图1、图5所示，微动测试组件2主要包括电涡流位移传感器固定架2-1、L型过载保护支架2-2、双簧片悬臂梁固定架2-3、平行双簧片悬臂梁紧固螺钉2-4、步进电机2-5、支撑连接架2-6、滚珠丝杠2-7。为保护平行双簧片悬臂梁3免遭过载损坏，在微动测试组件2上设置L型过载保护支架2-2，确保平行双簧片悬臂梁3的移动距离在量程范围内。通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉2-4，将平行双簧片悬臂梁3固定安装到平行双簧片悬臂梁固定架2-3上，平行双簧片悬臂梁3的左下侧设置液滴转移探针5，用以转移滴落至高黏附超疏水材料表面的液滴，使液滴与高黏附超疏水材料表面之间产生相对远离的运动趋势，从而产生黏附力。电涡流位移传感器4固定在电涡流位移传感器固定架2-1上，并可在水平方向上小范围调节电涡流位移传感器4的位置。为防止平行双簧片悬臂梁3因过载而超过其弹性形变幅度的安全范围，设置L型过载保护支架2-2，使平行双簧片悬臂梁3的下侧弹簧片3-2与上侧弹簧片3-3的位移变形量不超过安全变形范围。平行双簧片悬臂梁固定架2-3上端固定支撑连接架2-6，支撑连接架2-6通过长螺钉与L型过载保护支架2-2连接；电涡流位移传感器固定架2-1通过螺钉固定在滚珠丝杠2-7上的滑块上，由步进电机2-5驱动整个微动测试组件2、平行双簧片悬臂梁3、液滴转移探针5在竖直方向上上下移动。

平行双簧片悬臂梁固定架2-3设置为阶梯形状，用来降低承重，平行双簧片悬臂梁固定架2-3的长度为17mm、宽度为33.5mm、厚端高度为6mm、薄端高度为2mm，薄端通过螺钉连接的方式与滚珠丝杠2-7固定连接。平行双簧片悬臂梁3通过紧固螺钉安装到平行双簧片悬臂梁固定架2-3上，平行双簧片悬臂梁固定架2-3上端固定支撑连接架2-6，支撑连接架2-6的长度为42mm、宽度为6mm、高度为3mm，支撑连接架2-6通过长螺钉与L型过载保护支架2-2连接，L型过载保护支架2-2通过下端长孔与滚珠丝杠2-7固定连接，并可小范围调节L型过载保护支架2-2的保护平面与平行双簧片悬臂梁3之间的距离。

如图1、图6所示，平行双簧片悬臂梁3由矩形连接块3-1、材质相同且尺寸一致的下侧弹簧片3-2与上侧弹簧片3-3、半圆弧形连接块3-4组成；下侧弹簧片3-2与上侧弹簧片3-3的材质为65Mn，尺寸为86mm × 21mm ×0.2mm（长×宽×高），半圆弧形连接块3-4的材料选用45#钢，可提高电涡流位移传感器4的感应灵敏度，同时通过抛光处理使半圆弧形连接块3-4的表面粗糙度小于Ra=0.8µm；设置圆形凹槽，直径为16mm，深度为2mm，用来降低半圆弧形连接块3-4的重量，减轻下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3在竖直方向上的承重。半圆弧形连接块3-4的下端竖直螺纹孔3-5，用以将液滴转移探针5固定安装到半圆弧形连接块3-4上。下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3通过胶连接的方式，固定到矩形连接块3-1和半圆弧形连接块3-4的上下两侧；矩形连接块3-1、下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3、半圆弧形连接块3-4共同组成平行双簧片悬臂梁3；平行双簧片悬臂梁3的测试精度为50 mN/mm，电涡流位移传感器4分辨力为0.5µm，即黏附力测试精度可达25 µN/mm。

高黏附超疏水材料表面与液滴间黏附力的测试方法：选取仿生研制的高黏附超疏水材料作为测试样本，测试超纯水液滴与其表面产生的黏附力。通过微动测试组件2的步进电机2-5的驱动，调整平行双簧片悬臂梁3在竖直方向的位置，使液滴转移探针5的下侧距离黏附力测试平台组件1的测试样本放置平台1-2上方3~4 mm的位置。通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉2-4固定到平行双簧片悬臂梁固定架2-3上。将测试样本（仿生研制的高黏附超疏水材料）放置在黏附力测试平台组件1的测试样本放置平台1-2上，并用测试样本固定夹1-3固定。利用装卡在法兰盘1-2-2内的测试平台水平调节球1-1、测试样本放置平台1-2上侧设置的圆水准泡1-4、水平调节螺钉1-9，将测试样本放置平台上端面1-2-1调至水平。通过水平步进电机10-5的驱动，将装卡在测试样本放置平台1-2的测试样本向左移动至液滴注射单元6的正下方，挤压液滴注射单元6的上侧活塞，将液滴注射单元6内部的超纯水液滴（3-10 μL）滴落至测试样本表面；再通过水平步进电机10-5的驱动，将滴有超纯水液滴的测试样本向右平移至液滴转移探针5的正下方。采用与超纯水液滴之间能够产生超强黏附特性的PVC材料制作液滴转移探针5，其直径为0.5-1.5mm，长度为8-15mm。通过步进电机2-5，向下移动液滴转移探针5，使其接触滴落在测试样本表面的超纯水液滴，然后向上缓慢移动液滴转移探针5，速度设置为0.05-0.1 mm/s。因超纯水液滴与液滴转移探针5之间的黏附特性强于超纯水液滴与测试样本（仿生研制的高黏附超疏水材料），超纯水液滴缓慢脱离测试样本。在这过程中，超纯水液滴与测试样本之间产生黏附力，促使平行双簧片悬臂梁3的下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3发生弹性变形，电涡流位移传感器4能够感知该位移并输出电压信号。电涡流位移传感器4输出的电压信号，经数据采集卡的模数转换后传输至计算机的数据处理与界面显示程序，然后依据电涡流位移传感器4的特性方程，即位移与电压之间的函数关系，获取高黏附超疏水材料表面与液滴之间的黏附力并实时显示与存储。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，但绝非用于限制本发明的范围。尽管参照较佳实施例对本发明进行了较为详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应该涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：包括测试平台固定底板（11），固定安装在测试平台固定底板（11）上方的测试平台平移组件（10）、液滴注射单元安装架（8）和竖直丝杠固定板（9），以及安装在测试平台平移组件（10）上的黏附力测试平台组件（1）；

所述液滴注射单元安装架（8）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的液滴注射机构，所述竖直丝杠固定板（9）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的黏附力测试机构；

所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件（1）在测试平台平移组件（10）上平移方向的前侧和后侧。

2.根据权利要求1所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的液滴注射单元安装架（8）、固定在液滴注射单元安装架（8）上的液滴注射单元夹具（7）以及夹持在液滴注射单元夹具（7）上的滴液注射单元（6）；

所述滴液注射单元（6）的下端位于黏附力测试平台组件（1）的上方。

3.根据权利要求2所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的竖直丝杠固定板（9）、安装在竖直丝杠固定板（9）侧部的微动测试组件（2）、固定连接在微动测试组件（2）上的平行双簧片悬臂梁（3）、设置在平行双簧片悬臂梁（3）左下侧的液滴转移探针（5）以及固定在微动测试组件（2）上的电涡流位移传感器（4）；

所述液滴转移探针（5）位于黏附力测试平台组件（1）的上方；

所述电涡流位移传感器（4）用来感知双簧片悬臂梁（3）的弹性变形并输出电压信号。

4.根据权利要求3所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述液滴注射单元安装架（8）、测试平台平移组件（10）和竖直丝杠固定板（9）均固定连接在测试平台固定底板（11）上，且液滴注射单元安装架（8）和竖直丝杠固定板（9）分别位于测试平台平移组件（10）的两侧。

5.根据权利要求3所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述黏附力测试平台组件（1）包括测试平台水平调节球（1-1）、测试样本放置平台（1-2）、测试样本固定夹（1-3）、圆水准泡（1-4）、支撑架紧固螺钉（1-5）、测试平台支撑架（1-6）、连接板紧固螺钉（1-7）、丝杠滑块连接板（1-8）和水平调节螺钉（1-9）；

测试样本放置平台（1-2）由测试样本放置平台上端面（1-2-1）与法兰盘（1-2-2）焊接而成，在测试样本放置平台（1-2）上设置测试样本固定夹（1-3），用于固定高黏附超疏水材料样本；

通过安装在法兰盘（1-2-2）内的测试平台水平调节球（1-1）、测试样本放置平台（1-2）上设置的圆水准泡（1-4）与水平调节螺钉（1-9），实现测试样本放置平台（1-2）的水平调整，以确保液滴与高黏附超疏水材料表面垂直接触；

测试样本放置平台（1-2）通过支撑架紧固螺钉（1-5）与测试平台支撑架（1-6）紧固连接，使用连接板紧固螺钉（1-7）将丝杠滑块连接板（1-8）与测试平台平移组件（10）紧固连接。

6.根据权利要求3所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述测试平台平移组件（10）包括水平滚珠丝杠底座（10-7）、分别固定在水平滚珠丝杠底座（10-7）两端的水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）之间的水平滚珠丝杠丝杆（10-4）、固定在水平滚珠丝杠丝杆（10-4）上的水平滚珠丝杠滑块（10-2）、开设在水平滚珠丝杠滑块（10-2）上的固定架螺纹孔（10-3）、开设在水平滚珠丝杠底座（10-7）上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔（10-8）以及固定在水平滚珠丝杠固定端（10-6）外侧的水平步进电机（10-5）；

水平步进电机（10-5）的驱动下，黏附力测试平台组件（1）将待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元（6）处移动到液滴转移探针（5）的正下方。

7.根据权利要求3所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述微动测试组件（2）包括电涡流位移传感器固定架（2-1）、L型过载保护支架（2-2）、双簧片悬臂梁固定架（2-3）、平行双簧片悬臂梁紧固螺钉（2-4）、步进电机（2-5）、支撑连接架（2-6）和滚珠丝杠（2-7）；

所述滚珠丝杠（2-7）固定连接在竖直丝杠固定板（9）上，所述电涡流位移传感器固定架（2-1）、支撑连接架（2-6）和双簧片悬臂梁固定架（2-3）分别通过螺钉固定在滚珠丝杠（2-7）的滑块上，所述平行双簧片悬臂梁固定架（2-3）上端固定支撑连接架（2-6），支撑连接架（2-6）通过长螺钉与L型过载保护支架（2-2）连接。

8.根据权利要求7所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：平行双簧片悬臂梁（3）通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉（2-4）固定安装到平行双簧片悬臂梁固定架（2-3）上；

电涡流位移传感器（4）固定在电涡流位移传感器固定架（2-1）上，在水平方向上调节电涡流位移传感器（4）的位置；

为防止平行双簧片悬臂梁（3）因过载而超过其弹性形变幅度的安全范围，设置L型过载保护支架（2-2），使平行双簧片悬臂梁（3）的下侧弹簧片（3-2）与上侧弹簧片（3-3）的位移变形量不超过安全变形范围；

由步进电机（2-5）驱动滚珠丝杠（2-7）上的滑块带动其上的微动测试组件（2）、平行双簧片悬臂梁（3）、液滴转移探针（5）在竖直方向上上下移动。

9.根据权利要求3所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述平行双簧片悬臂梁（3）包括用来固定安装在平行双簧片悬臂梁固定架（2-3）上的矩形连接块（3-1）、下侧弹簧片（3-2）、上侧弹簧片（3-3）和半圆弧形连接块（3-4）；所述下侧弹簧片（3-2）与上侧弹簧片（3-3）材质相同且尺寸一致；

所述矩形连接块（3-1）和半圆弧形连接块（3-4）固定安装在下侧弹簧片（3-2）与上侧弹簧片（3-3）之间；

所述半圆弧形连接块（3-4）的侧端下部设置竖直螺纹孔（3-5），用以固定安装液滴转移探针（5）。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种仿生高黏附超疏水材料-液滴黏附力的高精度测试系统，其特征在于：所述测试平台固定底板（11）的底部设置四个橡胶减震垫（12），用以隔绝外界振动干扰，增强该测试系统的整体稳定性。

Images