CN112268838A - 一种疏水表面性能测试装置及其表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏水性能表征装置及其使用方法，涉及表面技术领域，包括滴管、气泡水平仪、调平螺母、试样、试样台和精密电子天平，所述精密电子天平设置在最底层，其四角固定有四个调平螺母，调平螺母上固定有试样台，所述试样设置在试样台的正中，所述气泡水平仪设置在试样台上表面所述试样的侧面，所述滴管用于向试样上滴加水。本发明的有益效果为：设备简单成本低、操作简单、实验效率高，经过简单培训即可上手操作，无需经过繁复的学习。测量精度（0.001g）相对较好，能够达到科研要求。

Description

一种疏水表面性能测试装置及其表征方法
技术领域
本发明属于功能表面技术领域，涉及一种疏水性能表征装置及其使用方法。
背景技术
现如今随着微观学的发展，功能表面中的疏水性能逐渐成为研究的热点，目前人们对疏水性能表征和测量都采用接触角测量仪，例如DSA-X Plus等，尽管这些设备能够得到准确的接触角，但是设备的造价一般都过于昂贵，在拍摄抓取接触角时对光线也有较高的要求，同时使用时还需要花大量的时间学习专业软件。因此，需要一种方便简单的疏水表面性能测试方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种疏水表面性能测试方法及其装置，即疏水表面所能承受单位面积（1cm2）液滴不溃灭的极限质量。解决了现有疏水性能表征方法中设备昂贵，操作复杂，效率低的问题。
包括滴管、移液器、气泡水平仪、调平螺母、试样、试样台和精密电子天平，所述精密电子天平设置在最底层，其四角固定有四个调平螺母，调平螺母上固定有试样台，所述试样设置在试样台的正中，所述气泡水平仪设置在试样台上表面所述试样的侧面，所述滴管用于向试样上滴加水。
优选的，试样包括加工表面和未加工表面，所述未加工表面设置在加工表面的中间。
优选的，所述未加工表面设置为1×1cm的正方形，所述加工表面设置为2×2cm的正方形。
优选的，所述滴管包括一个5ml滴管和一个0-20μL容量的移液器。
优选的，试样包括加工表面为等间距排布的圆形面，所述圆形面直径为0.1mm，两个圆形面圆心之间的距离为0.15mm。
优选的，精密电子天平的精度为0.001g。
一种疏水表面性能测试方法，包括如下步骤：
（1）对试样台进行粗调平并将试样台置于精密电子天平上；
（2）将试样置于试样台靠近水平仪的位置以得到试样和气泡水平仪一致的水平度；
（3）调节试样台上的四个调平螺母直到气泡位于气泡水平仪正中；
（4）对此刻的精密电子天平调零以便于直接读出所加液体介质的质量；
（5）滴管开始向未加工表面滴水，滴管应靠近试样未加工正上方0.5cm-1cm处防止液滴飞溅影响精度，每滴一次记录一次精密电子天平的读数；
（6）在液滴即将脱离未加工区域有向疏水区溃灭趋势时换上更小容量的移液器（0-20μL）；
（7）持续使用小容量滴管滴加液体并记录精密电子天平读数，在液滴溃灭前由于液滴四周疏水面的存在，液滴更偏向于球形高度更高，当液滴的质量大于所能容纳的极限时，液滴在疏水表面能够自由滑动，液滴呈扁球形，高度变小，并能明显看到液滴折射的疏水亲水分界线，此时，记录上一次的精密电子天平读数；
（8）处理试样并重复步骤1-7若干次，记录实验数据，并取平均值。
本发明的有益效果为：设备简单成本低、操作简单、实验效率高，经过简单培训即可上手操作，无需经过繁复的学习。测量精度（0.001g）相对较好，能够达到科研要求。
附图说明
图1：为本发明所述疏水性能表征装置的结构示意图；
图2：加工表面图；
图3：加工细节图；
图4：液滴由于四周的疏水表面向中心聚拢呈大体规则的球状；
图5：液滴容量在大于四周疏水表面所能容纳的极限之后，液体形态有大体规则的球形，溃灭成扁球形，并能明显看到疏水亲水分界线；
图6：液体溃灭高度由H1变为H2；
图7：实际加工表面图；
图8：溃灭前实际水滴形态；
图9：溃灭后实际水滴形态和亲疏分界线；
图10：接触角和临界质量趋势对比图。
其中：1-滴管、2-气泡水平仪、3-调平螺母、4-试样、5-试样台、6-精密电子天平、7-加工表面、8-未加工表面。
具体实施方式
本发明提供一种疏水性能表征方法及其装置，如图1及图2所示，包括滴管1、气泡水平仪2、调平螺母3、试样4、试样台5和精密电子天平6，所述精密电子天平6设置在最底层，其四角固定有四个调平螺母3，调平螺母3上固定有试样台5，所述试样4设置在试样台5的正中，所述气泡水平仪2设置在试样台5上表面所述试样4的侧面，所述滴管1用于向试样4上滴加水。
试样4包括加工表面7和未加工表面8，所述未加工表面8设置在加工表面7的中间。
所述未加工表面8设置为1×1cm的正方形，所述加工表面7设置为2×2cm的正方形。
所述滴管1包括一个5ml滴管和0-20μL容量的移液器。
一种疏水性能表征方法，包括如下步骤：
（1）对试样台进行粗调平并将试样台置于精密电子天平上；
（2）将试样置于试样台靠近水平仪的位置以得到试样和气泡水平仪一致的水平度；
（3）调节试样台上的四个调平螺母直到气泡位于气泡水平仪正中；
（4）对此刻的精密电子天平调零以便于直接读出所加液体介质的质量；
（5）滴管开始向未加工表面滴水，滴管应靠近试样未加工正上方0.5cm-1cm处防止液滴飞溅影响精度，每滴一次记录一次精密电子天平的读数；
（6）在液滴即将脱离未加工区域有向疏水区溃灭趋势时换上更小容量的移液器（0-20μL）；
（7）持续使用小容量滴管滴加液体并记录精密电子天平读数，在液滴溃灭前由于液滴四周疏水面的存在，液滴更偏向于球形高度更高，当液滴的质量大于所能容纳的极限时，液滴在疏水表面能够自由滑动，液滴呈扁球形，高度由图6的H1变向更小的H2，并能明显看到图9液滴折射的疏水亲水分界线，此时，记录上一次的精密电子天平读数；
（8）处理试样并重复步骤1-7若干次，记录实验数据，并取平均。得到质量即为此表面疏水极限质量。
工作原理：
图10中分别对试样6、8、2号的疏水性能进行了接触角表征和新方法表征，其中6、8、2号接触角为151.54°，143.54°，136.62°，对应的临界质量为0.458g，0.361g，0.241g，绘制趋势图发现其趋势一致。已根据上述数据可知，当水在未加工表面8上聚集时由于加工表面7为疏水表面，未加工表面8上的水难以流向加工表面7，但是当水在未加工表面8上聚集到一定程度时，即疏水加工表面7的疏水能力无法承受未加工表面8所聚集液体介质的重力时那么水就会流向加工表面7，那么疏水加工表面7所能承受未加工表面8单位面积1cm2液体介质不溃散的临界质量即为其疏水性能的表征值。

Claims (8)

1.一种疏水表面性能测试装置，其特征在于，包括滴管、气泡水平仪、调平螺母、试样、试样台和精密电子天平，所述精密电子天平设置在最底层，其四角固定有四个调平螺母，调平螺母上固定有试样台，所述试样设置在试样台的正中，所述气泡水平仪设置在试样台上表面所述试样的侧面，所述滴管用于向试样上滴加水。
2.根据权利要求1所述的一种疏水表面性能测试装置，其中，试样包括加工表面和未加工表面，所述未加工表面设置在加工表面的中间。
3.根据权利要求2所述的一种疏水表面性能测试装置，其中，所述未加工表面设置为1×1cm的正方形，所述加工表面设置为2×2cm的正方形。
4.根据权利要求3所述的一种疏水表面性能测试装置，其中，所述滴管包括一个5ml滴管和一个0-20μL容量的移液器。
5.根据权利要求2所述的一种疏水表面性能测试装置，其中，试样包括加工表面为等间距排布的圆形面，所述圆形面直径为0.1mm，两个圆形面圆心之间的距离为0.15mm。
6.根据权利要求1所述的一种疏水表面性能测试装置，其中，精密电子天平的精度为0.001g。
7.一种疏水表面性能测试方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）对试样台进行粗调平并将试样台置于精密电子天平上；
（2）将试样置于试样台靠近水平仪的位置以得到试样和气泡水平仪一致的水平度；
（3）调节试样台上的四个调平螺母直到气泡位于气泡水平仪正中；
（4）对此刻的精密电子天平调零以便于直接读出所加液体介质的质量；
（5）滴管开始向未加工表面滴水，滴管应靠近试样未加工正上方0.5cm-1cm处防止液滴飞溅影响精度，每滴一次记录一次精密电子天平的读数；
（6）在液滴即将脱离未加工区域有向疏水区溃灭趋势时换上0-20μL的移液器；
（7）持续使用小容量滴管滴加液体并记录精密电子天平读数；
（8）处理试样并重复步骤1-7若干次，记录实验数据，并取平均值。
8.根据权利要求7所述的一种疏水表面性能测试方法，其特征在于，在步骤（7）中，在液滴溃灭前由于液滴四周疏水面的存在，液滴更偏向于球形，高度更高，当液滴的质量大于所能容纳的极限时，液滴在疏水表面能够自由滑动，液滴呈扁球形，高度由高H1变低，能明显看到液滴折射的疏水亲水分界线，此时记录上一次的精密电子天平读数。
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