KR101110330B1 - Contact angle measuring module and apparatus of measuring surface energy having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 액적의 계면 장력은 물론, 측정 대상 고체 표면에서 액적이 접할 때 형성되는 접촉각을 간편하고 정확하게 측정할 수 있는 접촉각 측정 모듈과 이를 이용한 표면 에너지 측정 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 하측으로 개방된 영상 전달 경로를 구비하고, 상기 영상 전달 경로에 광학계를 구비하며, 측정 대상 고체의 표면에 배치되는 본체; 상기 본체의 상부로 부터 상기 본체의 영상 전달 경로의 중간 부분에 걸쳐 삽입되어 배치되고 하단에 주사 바늘을 구비하는 어플리케이터; 상기 어플리케이터의 하단의 주사 바늘과, 상기 주사 바늘의 하단부로부터 측정 대상 표면상에 낙하된 액적과, 상기 측정 대상 표면을 인식하여 컴퓨터로 전송하는 광학계; 상기 어플리케이터와 연결되고, 상기 어플리케이터를 통해 측정 대상 표면으로 공급되는 시료 액체를 담고 있는 시료통; 상기 시료통으로부터 상기 어플리케이터로 시료 액체를 공급하는 동력을 제공하는 펌프; 및 상기 펌프에 의해 상기 어플리케이터로 공급되는 유량과 어플리케이터의 하단부의 주사 바늘을 통해 배출되는 시료 액체의 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 접촉각 측정 모듈과 이를 구비한 표면 에너지 측정 장치를 제공한다. It is an object of the present invention to provide a contact angle measuring module and a surface energy measuring device using the same, which can easily and accurately measure the interfacial tension of a droplet as well as the contact angle formed when the droplet is in contact with a surface to be measured. To this end, the present invention, the main body having an image transmission path opened to the lower side, and having an optical system in the image transmission path, disposed on the surface of the solid to be measured; An applicator inserted from an upper portion of the main body over an intermediate portion of an image transmission path of the main body and having an injection needle at a lower end thereof; An optical system for recognizing and transmitting a scanning needle at a lower end of the applicator, a droplet dropped from a lower end of the scanning needle onto a measurement target surface, and the measurement target surface to a computer; A sample container connected to the applicator and containing a sample liquid supplied to the surface to be measured through the applicator; A pump providing power to supply a sample liquid from the sample container to the applicator; And a control unit for controlling the flow rate of the sample liquid discharged through the injection needle of the lower end of the applicator and the flow rate supplied to the applicator by the pump, and a surface energy measurement device having the same.
Description
본 발명은 접촉각(contact angle) 측정 모듈과 이를 구비한 표면 에너지(surface energy) 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대면적의 측정 대상에 대해서 간편하게 휴대하면서 측정하기에 용이하고, 보다 정밀한 측정이 가능하며, 다양한 측정 이론을 사용자의 선택에 의해 적용 가능한 접촉각 측정 모듈 및 이를 구비한 표면 에너지 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a contact angle measuring module and a surface energy measuring apparatus having the same, and more particularly, to easily carry and measure a large-area measurement target, and to measure more precisely. The present invention relates to a contact angle measuring module and a surface energy measuring device having the same, which are applicable to various measurement theories by a user's selection.
물질이 가지는 기체, 액체, 고체의 3가지 상태 중에서 서로 다른 2가지 상태의 물질이 서로 만났을 때 경계면의 넓이를 감소시키려고 하는 일반적인 힘을 계면 장력(interfacial tension)이라고 한다. 표면 장력과 거의 같은 의미로 사용되기도 하지만 엄밀하게는 표면 장력은 기체와 액체가 만나는 계면에서 작용하는 단위 길이당 힘을 의미하고, 계면 장력은 일반적인 용어이다. 한편, 고체와 기체(보다 엄밀하게는 원자의 이동이 없는 공간) 사이에 작용하는 힘은 표면 에너지로 지칭한다.Interfacial tension is a general force that tries to reduce the area of an interface when two different states of a substance meet each other. Although used in much the same sense as surface tension, strictly speaking, surface tension refers to the force per unit length acting at the interface between a gas and a liquid, and interfacial tension is a general term. On the other hand, the force acting between the solid and the gas (more precisely the space without the movement of atoms) is referred to as surface energy.
고체의 표면 에너지는 접착이나 점착의 중요한 지표가 된다. 이러한 표면 에너지의 값을 직접 측정하는 방법은 알려진 바 없으며, 오직 간접적인 측정 방법만이 개발되어 있다. 고체의 표면 에너지를 측정하는 알려진 방법들은 대부분 접촉각을 측정하고, 이를 바탕으로 표면 에너지를 계산해 낸다. Surface energy of solids is an important indicator of adhesion and adhesion. There is no known method for measuring these surface energy values directly. Only indirect measurement methods have been developed. Most known methods of measuring the surface energy of solids measure the contact angle and calculate surface energy based on them.
일반적으로 접촉각(contact angle)이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 가지는 각을 말한다. 고체 표면에 있는 원자 또는 전자는 고체 내부에 있는 원자 또는 전자에 비하여 과다한 에너지를 갖고 있다. 이 표면에 액체가 접촉하면 이러한 과잉 에너지를 작게 하려는 힘이 작용한다. 보통의 고체 표면은 공기 중에 노출되어 있기 때문에 고체 표면에는 기체가 흡착되어 있다. 이때, 고체 표면에 액체가 접촉하면 흡착 기체가 밀려나고, 액체와 고체가 처음으로 접촉하게 되어 새로운 계면에 의해 자유 에너지의 변화가 일어난다. In general, the contact angle refers to the angle the liquid has when it is thermodynamically balanced on a solid surface. Atoms or electrons on the solid surface have excessive energy compared to atoms or electrons inside the solid. When liquid comes into contact with this surface, a force is applied to reduce this excess energy. Since ordinary solid surfaces are exposed to air, gas is adsorbed on the solid surfaces. At this time, when the liquid contacts the solid surface, the adsorbed gas is pushed out, and the liquid and the solid are brought into contact for the first time, and the change of free energy occurs due to the new interface.
기체, 액체 및 고체의 3상이 만나는 지점에서는 고체의 표면 에너지와 고체와 액체의 계면 장력이 작용하여 상기 액체가 접촉한 고체의 표면에 곡면을 갖는 액적을 형성하고, 고체와 액체 간에 접촉각이 형성하게 된다. At the point where the three phases of gas, liquid and solid meet, the surface energy of the solid and the interfacial tension between the solid and the liquid act to form droplets with curved surfaces on the surface of the solid in contact with the liquid, and form a contact angle between the solid and the liquid. do.
따라서 고체의 표면 에너지를 가장 직접적으로 조사하는 방법은 대상표면에 증류된 순수 물을 소량 떨어뜨린 후, 표면과의 상호작용을 통해 형성되는 물과 측정 대상 고체 표면 사이의 접촉각을 측정하는 방법이다. 접촉각을 측정하고, 액체의 계면 장력을 알고 있으면 공지의 계산 방법을 활용하여 표면 에너지를 계산할 수 있고, 표면의 활성화 정도인 친수성(높은 표면에너지=젖음성), 소수성(낮은 표면에너지=발수성), 접착성 및 청정성 등을 파악할 수 있다. 이와 같이 접촉각 측정을 통해 잉크의 젖음성에 의한 인쇄 성능향상, 발수성을 이용한 자동차용 왁스의 성능 개선, 액정 글라스 하드 디스크 등의 청정도 평가 등 여러 분야에서 제품의 성능을 개선할 수 있다. 또한, 이종물질의 복합화를 위한 최적의 계면조건 및 극소수화된(super-repellent) 표면 구현 등 첨단의 표면 과학 분야에서 상술한 고체의 표면 에너지 및 접촉각의 측정이 널리 이루어지고 있다. Therefore, the most direct method of investigating the surface energy of a solid is to drop a small amount of distilled pure water on the target surface and then measure the contact angle between the water formed through the interaction with the surface and the surface of the solid to be measured. If the contact angle is measured and the interfacial tension of the liquid is known, the surface energy can be calculated using known calculation methods, and hydrophilicity (high surface energy = wetness), hydrophobicity (low surface energy = water repellency), and adhesion, which is the degree of surface activation, The gender and cleanliness can be identified. Thus, through the contact angle measurement, it is possible to improve the performance of the product in various fields such as improving the printing performance due to the wettability of the ink, improving the performance of automotive wax using water repellency, and evaluating the cleanliness of the liquid crystal glass hard disk. In addition, the measurement of the surface energy and contact angle of the solid described above in the field of advanced surface science, such as the optimum interfacial conditions and super-repellent surface for the complexation of heterogeneous materials has been widely made.
그러나 종래의 표면 에너지 측정 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다. However, the conventional surface energy measuring device has the following problems.
측정 장치에서 고체 시편을 배치하는 공간이 제한되어 있어서 디스플레이 패널의 제조에 널리 사용되는 대면적의 유리 기판과 같은 경우에는 표면 에너지의 직접적인 측정이 어려웠고 시편을 별도로 취하여 측정하여야 하는 어려움이 있었다. Due to the limited space for placing solid specimens in the measuring device, direct measurement of surface energy was difficult in the case of large-area glass substrates widely used in the manufacture of display panels, and it was difficult to measure the specimens separately.
또한, 장치의 세팅 작업에 시간과 노력이 많이 소요되고 장치의 사용이 불편한 단점이 있었고 정확한 측정이 어려운 문제점이 있었다. In addition, the setting work of the device takes a lot of time and effort, there is a disadvantage that the use of the device is inconvenient and there is a problem that accurate measurement is difficult.
본 발명은 상기한 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 액적의 계면 장력은 물론, 측정 대상 고체 표면에서 액적이 접할 때 형성되는 접촉각을 정확하게 측정할 수 있는 접촉각 측정 모듈과 표면 에너지 측정 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 휴대와 설치가 편리하고 대면적의 유리 기판과 같은 큰 측정 대상에 대해서도 별도로 고체 시편을 채취하지 않고 넓은 측정 대상에 직접 설치하여 간편하게 접촉각을 측정할 수 있도록 하는 접촉각 측정 모듈과, 이를 이용하여 표면 에너지를 측정할 수 있는 표면 에너지 측정 장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve various problems including the above problems, an object of the present invention is the contact angle measurement module that can accurately measure the contact angle formed when the droplets contact on the surface of the solid to be measured, as well as the interfacial tension of the droplets And to provide a surface energy measuring device. In addition, the object of the present invention is a contact angle measurement module that is convenient to carry and install, and can be installed directly on a wide measurement object without measuring a solid specimen even for a large measurement object such as a large-area glass substrate, so that the contact angle can be easily measured. And it is to provide a surface energy measuring device that can measure the surface energy using the same.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 하측으로 개방된 영상 전달 경로를 구비하고, 상기 영상 전달 경로에 광학계를 구비하며, 측정 대상 고체의 표면에 배치되는 본체; An object of the present invention as described above, the main body having an image transmission path opened to the lower side, having an optical system in the image transmission path, disposed on the surface of the solid to be measured;
상기 본체의 상부로 부터 상기 본체의 영상 전달 경로의 중간 부분에 걸쳐 삽입되어 배치되고 하단에 주사 바늘을 구비하는 어플리케이터; An applicator inserted from an upper portion of the main body over an intermediate portion of an image transmission path of the main body and having an injection needle at a lower end thereof;
상기 어플리케이터의 하단의 주사 바늘과, 상기 주사 바늘의 하단부로부터 측정 대상 표면상에 낙하된 액적과, 상기 측정 대상 표면을 인식하여 컴퓨터로 전송하는 광학계; An optical system for recognizing and transmitting a scanning needle at a lower end of the applicator, a droplet dropped from a lower end of the scanning needle onto a measurement target surface, and the measurement target surface to a computer;
상기 어플리케이터와 연결되고, 상기 어플리케이터를 통해 측정 대상 표면으 로 공급되는 시료 액체를 담고 있는 시료통; A sample container connected to the applicator and containing a sample liquid supplied to the surface to be measured through the applicator;
상기 시료통으로부터 상기 어플리케이터로 시료 액체를 공급하는 동력을 제공하는 펌프; 및 A pump providing power to supply a sample liquid from the sample container to the applicator; And
상기 펌프에 의해 상기 어플리케이터로 공급되는 유량과 어플리케이터의 하단부의 주사 바늘을 통해 배출되는 시료 액체의 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 접촉각 측정 모듈을 제공함으로써 달성된다. It is achieved by providing a contact angle measuring module including a control unit for controlling the flow rate of the sample liquid discharged through the injection needle of the lower end of the applicator and the flow rate supplied to the applicator by the pump.
여기서, 상기 어플리케이터의 주사 바늘은 상기 본체에 대해 상하 방향으로 이동가능하게 배치되고, Here, the injection needle of the applicator is disposed to be movable in the vertical direction relative to the body,
주사 바늘의 하단에 시료 액체의 액적이 맺힌 상태에서 상기 주사 바늘이 하강하여 측정 대상 고체 표면에 액적이 접하도록 하여 액적이 고체 표면에서 퍼진 상태의 영상을 상기 컴퓨터로 전송함으로써 이 영상을 분석하여 동접촉각을 측정하도록 할 수 있다. The droplet is sampled at the bottom of the needle, and the needle is lowered so that the droplet is in contact with the surface of the solid to be measured. The image of the droplet spread from the solid surface is transmitted to the computer. The contact angle can be measured.
여기서, 상기 어플리케이터에는 시료 액체가 담겨있어서, 펌프를 조작함으로써 시료의 액적이 상기 주사 바늘의 하단에 맺히도록 할 수 있고, Here, the applicator contains the sample liquid, so that the droplet of the sample can be formed on the lower end of the injection needle by operating the pump,
주사 바늘 하단에 액적이 맺힌 상태에서 상기 주사 바늘을 상승시키면서 액적이 측정 대상 표면에 자유 낙하하도록 할 수 있다. While the droplet is formed at the bottom of the injection needle, the droplet may freely fall on the surface to be measured while raising the injection needle.
여기서, 상기 어플리케이터는, Here, the applicator,
상단에 가이드 홈이 길이 방향으로 형성된 외부 실린더; An outer cylinder having a guide groove formed in a longitudinal direction at an upper end thereof;
상기 고정 실린더 내부에서 상하 방향으로 이송가능하게 배치되고, 상기 가이드 홈을 통해 외부 실린더의 직경 외측으로 돌출된 측방향 돌기가 형성되며, 내 부에 액체 시료가 담기는 중공부가 형성되고 하단에 상기 주사 바늘을 구비하며, 상기 액체 시료통과 연결된 내부 실린더를 구비할 수 있다. It is arranged to be transported in the up and down direction in the fixed cylinder, the lateral projections protruding out of the diameter of the outer cylinder through the guide groove is formed, a hollow portion containing a liquid sample therein is formed and the injection at the bottom A needle may be provided, and an inner cylinder connected to the liquid sample container may be provided.
여기서, 상기 내부 실린더를 상기 외부 실린더에 대해 상하방향으로 이동하도록 하여 주사 바늘 하단에 맺힌 액적이 자유 낙하하도록 하는 관성력을 제공하는 자동 하적 수단을 구비할 수 있다. Here, the automatic loading means may be provided to move the inner cylinder in the vertical direction with respect to the outer cylinder to provide an inertial force to freely drop the droplets formed on the lower end of the injection needle.
여기서, 상기 측방향 돌기가 가이드 되는 나사산이 내측 벽에 형성되어 있고, 상단까지 상승한 측방향 돌기가 아래로 내려올 수 있게 하는 상하 방향 홈이 내측 벽에 형성되어 있으며, 외측에 기어치가 형성된 하적용 기어; Here, the thread for guiding the lateral protrusions is formed on the inner wall, and the up-down grooves are formed on the inner wall to allow the lateral protrusions raised to the upper end to be lowered, and the gear teeth formed on the outside ;
상기 하적용 기어의 외측의 기어 치와 치합되는 구동기어; 및 A drive gear meshed with a gear tooth on an outer side of the unloading gear; And
상기 구동 기어를 회전시키는 하적용 모터를 포함하고, A loading motor for rotating the drive gear,
상기 하적용 모터의 회전은 상기 제어부에 의해 제어됨으로써 상기 제어부에 의해 상기 주사 바늘 하단의 액적의 자유 낙하가 이루어질 수 있다. Rotation of the unloading motor may be controlled by the controller so that the droplets of the lower end of the needle may be freely dropped by the controller.
여기서, 상기 본체는 액체 유량 조절 스위치, 모터 동작 표시등, 펌프 동작 스위치유량 조절 노브, 내부 LED 광량 조절 나사를 구비할 수 있다. The main body may include a liquid flow rate control switch, a motor operation indicator light, a pump operation switch flow rate adjustment knob, and an internal LED light amount adjustment screw.
여기서, 상기 광학계는, Here, the optical system,
본체 내부의 차단된 공간에 백색광을 비추는 LED 소자; An LED device for illuminating white light in a blocked space inside the main body;
상기 LED 소자에서 방출된 빛을 균일하게 산란되도록 하는 산란 렌즈; 및 A scattering lens for uniformly scattering the light emitted from the LED element; And
상기 어플리케이터에 의해 측정 대상 표면에 낙하된 액적의 영상을 인식하는 카메라를 포함할 수 있다. It may include a camera for recognizing the image of the drop dropped to the measurement target surface by the applicator.
또한, 여기서 상기 광학계는, In addition, the optical system here,
측정 대산 고체 표면에 놓은 액적의 영상을 반사하여 카메라 측으로 향하게 하는 반사경을 더 포함할 수 있다. The reflective mirror may further include a reflector for reflecting an image of the droplet placed on the solid surface of the measurement and pointing toward the camera.
또한, 여기서 상기 광학계는, In addition, the optical system here,
상기 본체에 회전 가능하게 결합되어 상기 액적의 영상이 카메라에 인식되는 범위를 조절하는 광량 조절 플레이트를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a light amount adjusting plate rotatably coupled to the main body to adjust a range in which the image of the droplet is recognized by the camera.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 앞서 언급한 특징을 구비하는 하나의 접촉각 측정 모듈; 및 In addition, the object of the present invention as described above, one contact angle measuring module having the aforementioned characteristics; And
상기 광학계로부터 전송된 영상을 디스플레이 하고 표면 에너지를 계산하는 컴퓨터 시스템을 포함하는 표면 에너지 측정 장치를 제공함으로써 달성된다. It is achieved by providing a surface energy measurement device comprising a computer system for displaying an image transmitted from the optical system and calculating surface energy.
여기서, 상기 어플리케이터의 주사 바늘은 사용자가 힘을 가할 때 상기 본체에 대해 아래 방향으로 측정 대상 고체 표면에 닿을 때까지 이동 가능하고, 사용자가 가한 힘이 제거될 때 원위치로 복귀하도록 하는 스프링이 설치되고, Here, the injection needle of the applicator is movable until the user touches the measurement target solid surface downward with respect to the main body when a force is applied, and a spring is installed to return to the original position when the force applied by the user is removed, ,
주사 바늘의 하단에 시료 액체의 액적이 맺힌 상태에서 상기 주사 바늘이 하강하여 측정 대상 고체 표면에 액적이 접하도록 하여 액적이 고체 표면에서 퍼진 상태의 영상을 상기 컴퓨터로 전송함으로써 이 영상을 분석하여 동접촉각을 측정할 수 있다. The droplet is sampled at the bottom of the needle, and the needle is lowered so that the droplet is in contact with the surface of the solid to be measured. The image of the droplet spread from the solid surface is transmitted to the computer. The contact angle can be measured.
본 발명의 접촉각 측정 모듈 및 표면 에너지 측정 장치는 다음과 같은 여러 가지 장점을 가진다. The contact angle measuring module and the surface energy measuring device of the present invention have various advantages as follows.
첫째, 휴대가 간편하고 설치가 간편하여 측정 대상 고체의 크기가 크더라도 이와 무관하게 시료 액체와 측정 대상 고체 표면 사이의 접촉각 및 측정 대상 고체 표면의 표면 에너지를 측정할 수 있다. First, it is easy to carry and easy to install, so that even if the size of the solid to be measured is large, the contact angle between the sample liquid and the surface of the solid to be measured and the surface energy of the solid to be measured can be measured.
둘째, 알려진 여러 가지 표면 에너지 측정 방법을 사용자가 적절히 선택하여 표면 에너지를 측정할 수 있고, 보다 정확한 측정이 가능하다. Second, the user can properly select various known surface energy measurement methods to measure the surface energy, and more accurate measurement is possible.
셋째, 반사경을 사용하여 측정 장치의 크기를 더욱 작게 제작이 가능하다. Third, the size of the measuring device can be made smaller by using a reflector.
넷째, 유량을 비교적 정밀하게 제어할 수 있어서 측정할 때에 숙련자가 아니더라도 실수 없이 정확히 수행할 수 있다. Fourth, it is possible to control the flow rate relatively precisely so that even if not skilled in the measurement can be performed accurately without mistakes.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
도 1에는 본 발명에 따른 접촉각 측정 모듈의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 접촉각 측정 모듈의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 1 is a view schematically showing a configuration of a contact angle measuring module according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the contact angle measuring module shown in FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 접촉각 측정 모듈(200)은 본체(210), 어플리케이터(applicator)(250), 광학계, 펌프(280) 및 제어부를 포함한다. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the contact
상기 본체(210)는 하측으로 개방된 영상 전달 경로를 구비하고, 상기 영상 전달 경로에 광학계를 구비하며, 측정 대상 고체의 표면에 배치된다. 상기 본체(210)는 전원 스위치, 전원 연결부, 액체 유량 조절 스위치(212), 동작 표시등(213), 펌핑 스위치(211), 유량 조절 노브(214), 광량 조절 나사(203) 및 컴퓨터 연결부를 구비할 수 있다. The
상기 어플리케이터(250)는 상기 본체(210)의 상부로 부터 상기 본체(210)의 영상 전달 경로의 중간 부분에 걸쳐 삽입되어 배치되고 하단에 주사 바늘(254)을 구비한다. The
도 3에는 어플리케이터의 구성의 일례를 보여주는 분리 사시도가 도시되어 있다. 3 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the applicator.
도 3에 도시된 것과 같이, 상기 어플리케이터(250)는, 상단에 가이드 홈(255a)이 길이 방향으로 형성된 외부 실린더(255); 상기 외부 실린더(255) 내부에서 상하 방향으로 이송가능하게 배치되고, 상기 가이드 홈(255a)을 통해 외부 실린더(255)의 직경방향 외측으로 돌출된 측방향 돌기(253)가 형성되며, 내부에 액체 시료가 담기는 중공부가 형성되고 하단에 상기 주사 바늘(254)을 구비하는 내부 실린더(256)를 구비할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
또한, 상기 어플리케이터(250)의 주변에는 상기 내부 실린더(256)를 상기 외부 실린더(255)에 대해 상하방향으로 이동하도록 하여 주사 바늘(254) 하단에 맺힌 액적이 자유 낙하하도록 하는 관성력을 제공하는 자동 하적 수단이 설치될 수 있다. In addition, an automatic inertia force is provided around the
상기 자동 하적 수단은, 하적용 기어, 구동 기어 및 하적용 모터를 포함할 수 있다. The automatic loading means may include a loading gear, a drive gear and a loading motor.
도 4 및 도 5에는 상기 하적용 기어의 구성을 보여주는 단면도 및 평면도가 각각 도시되어 있다. 4 and 5 are a cross-sectional view and a plan view showing the configuration of the unloading gear, respectively.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 하적용 기어(260)에는 내부 실린더 이송공(263)이 형성되어 있고, 내측 벽에 어플리케이터(250)의 측방향 돌기(253)가 상승할 수 있도록 하는 나사산(264)이 형성되어 있다. 상기 하적용 기어(260)의 회전에 의해 상기 측방향 돌기(253)가 이송되면서 내부 실린더(256)가 상승하게 된다. 상기 하적용 기어(260)의 외측에는 기어 치(齒)(261)가 형성되어 있어서 상기 구동 기어(270)(도 2)와 치합된다. 상기 하적용 기어(260)에는 상기 하적용 기어(260)의 상부까지 상승한 측방향 돌기(253)가 아래로 내려올 수 있게 하는 상하 방향 홈(262)이 내측 벽에 형성되어 있다. 상하 방향 홈(262)을 따라 내부 실린더(256)의 측방향 돌기(253)가 가이드 되면서 하강하게 된다. As shown in FIGS. 4 and 5, the
상기 구동 기어(270)는 상기 하적용 기어(260)의 외측의 기어 치와 치합되고, 상기 하적용 모터에 의해 그 회전이 구동된다. 이때, 상기 하적용 모터의 회전은 제어부에 의해 제어됨으로써 상기 제어부에 의해 상기 주사 바늘(254) 하단의 액적의 자유 낙하가 이루어지도록 할 수 있다. The
도 3에서 상기 하적용 기어(260)는 나부 실린더 상부의 상단 캡(257)의 위쪽에 표시되어 있으나, 상기 상단 캡(257)의 상부로부터 상기 내부 실린더(256)로 조립되는 것이 아니라 상기 외부 실린더(255)의 하측으로부터 상기 외부 실린더(255)가 내부 실린더 이송공(263)으로 삽입되면서 조립된다. In FIG. 3, the
1회의 하적 동작에 있어서, 상기 하적용 기어(260)는 180도 만큼 회전하도록 제어될 수 있다. 이러한 제어는 상기 하적용 기어에서 외측에 기어 치261)가 형성된 부분의 상부에 회전 표시부(265) 및 정지 표시부(264)를 형성하여 이루어질 수 있다. 즉, 정지 표시부(264)를 180도 간격으로 2곳에 표시하여 둔 상태에서 비접촉식의 센서(예를 들어 광센서)나 접촉식 센서를 사용하여 정지 표시부(264)의 위치를 파악하고 이 정지 표시부가 인식될 때마다 모터의 회전을 멈추도록 함으로써 180도 만큼씩 회전하도록 할 수 있다. In one unloading operation, the
액적이 자유 낙하하도록 하는 것은 측정의 정확도를 고려할 때 중요한 포인트가 된다. 액적이 가속도를 가지고 아래 방향으로 하강하는 경우에는 측정 대상 고체 표면에서 더 넓게 퍼져서 접촉각이 물질에 특성에 의해 형성되는 각도와 다르게 형성될 가능성이 있다. 따라서 어플리케이터(250)를 아래 방향으로 가속도를 주어서 빠르게 이송함으로써 주사 바늘(254) 단부의 액적을 털어내는 것이 아니라, 반대로 위 방향으로 가속도를 주어서 빠르게 상승시킴으로써 주사 바늘(254) 단부에 맺힌 액적이 자연스럽게 자유 낙하 할 수 있게 하는 것이 바람직하고, 본 발명의 접촉각 측정 모듈에서는 이와 같은 움직임이 가능하도록 어플리케이터(250)를 구동할 수 있다. Allowing the drop to free fall is an important point when considering the accuracy of the measurement. If the droplet descends downward with acceleration, there is a possibility that it spreads more widely on the surface of the solid to be measured so that the contact angle is different from the angle formed by the properties of the material. Therefore, instead of shaking off the droplets at the end of the
앞서 설명한 것과 같이, 상기 자동 하적 수단은 통상의 위치에 있는 어플리케이터(250)의 내부 실린더(256)를 상승시키면서 액적을 하적하도록 하고 다시 어플리케이터(250)의 내부 실린더(256)가 원위치로 돌아오도록 한다. 상기 내부 실린더(256)는 통상의 위치에서 아래 방향으로도 이송될 수 있다. 아래 방향으로의 이송은 주사 바늘(254)이 측정 대상 고체 표면에 닿을 수 있는 정도까지 이루어질 수 있고, 이 이송의 힘은 사용자가 내부 실린더(256)를 아래 방향으로 누름으로써 이루어진다. 또한, 원위치로의 복귀는 상기 내부 실린더(256)의 외측 하부와 상기 외부 실린더(255)의 내측 하부 사이에 배치되는 스프링(259)의 탄성력에 의해 이루어질 수 있다. 상기 스프링(259)은 도 2에 도시된 것과 같이 상기 외부 실린더의 내측 하단부와 상기 내부 실린더의 외측 하단부 사이에 배치된다. 이와 같이, 상기 내부 실린더(256)가 아래 방향으로 이동할 수 있기 때문에 내부 실린더(256)의 하단에 구비된 주사 바늘(254)은 상기 본체(210)에 대해 상하 방향으로 이동가능하다. As described above, the automatic unloading means raises the
상기 광학계의 구성은 도 2에 도시되어 있다. The configuration of the optical system is shown in FIG.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 광학계는, 본체(210) 내부의 차단된 공간에 백색광을 비추는 LED 소자(190), 상기 LED 소자(190)에서 방출된 빛을 균일하게 산란되도록 하는 산란 렌즈(160), 상기 어플리케이터(250)에 의해 측정 대상 표면에 낙하된 액적의 영상을 인식하는 카메라(121), 상기 액적의 영상을 상기 카메라(121)에서 인식할 수 있도록 영상을 반사하는 반사경(130)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the optical system includes an
상기 LED 소자(190)는 백색 LED 소자가 사용될 수도 있고, 적, 록, 청의 LED 소자가 함께 사용되어 백색광을 내도록 할 수도 있다. 상기 LED 소자로 백색 LED 소자를 사용하는 경우에는 도 2의 지면 깊이 방향으로 2개 이상의 LED 소자를 배열하여 사용할 수 있다. The
상기 산란 렌즈(160)는 LED 소자(190)에서 나오는 빛을 산란시켜서 카메라에서 인식되는 액적과 측정 대상 고체 표면의 배경을 백색광의 밝은 화면이 되도록 한다. The
상기 카메라(121)는 CMOS 카메라가 사용될 수 있으며, 상기 산란 렌즈(160) 를 배경으로, 주사 바늘(254)의 하단부, 액적(10) 그리고 액적과 접하는 측정 대상 고체 표면의 영상을 촬상하여 컴퓨터로 전송하는 기능을 한다. The
상기 반사경(130)은 상기 액적(10)과 측정 대상 고체 표면의 화상을 인식하는 광경로를 변경하여 상기 카메라(121)로 향하게 하는 기능을 하는 것이다. 상기 반사경(130)을 사용함으로써 전체 접촉각 측정 모듈(200)을 보다 콤팩트하게 제작할 수 있다. The
한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 측정 대상 고체의 표면에 놓인 액적(10)과 상기 산란 렌즈(160)의 사이에는 광량 조절판(170)이 배치될 수 있다. 상기 광량 조절판(170)은 본체(110) 외부에서 회전시킬 수 있는 광량 조절 나사(103)(도 1 참조)에 의해 회동하면서 상기 카메라(121)에서 인식되는 LED 소자(190)의 빛의 양을 조절한다. Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the light
이상의 구성을 가지는 광학계는 상기 어플리케이터(250)의 하단의 주사 바늘(254)과, 상기 주사 바늘(254)의 하단부로부터 측정 대상 표면상에 낙하된 액적과, 상기 측정 대상 표면을 인식하여 컴퓨터로 전송한다. The optical system having the above-described configuration recognizes the
이상에서 설명한 접촉각 측정 모듈(200)은 실제 상업적으로는 컴퓨터에 설치하여 구동되는 소프트웨어와 함께 판매될 수 있다. 본 발명에서 언급하는 표면 에너지 측정 장치는 본 발명의 접촉각 측정 모듈(200)과 함께 컴퓨터에 설치되어 활용되는 소프트웨어를 포함하는 의미로 사용된다. 실제에 있어서 표면 에너지 측정 장치는 소프트웨어의 실행과 연산을 수행하는 컴퓨터 자체와 측정 데이터 등을 디스플레이 하는 모니터를 포함하는 컴퓨터 시스템과 함께 사용될 수 있다. The contact
상기 컴퓨터 시스템은 상기 광학계로부터 전송된 영상을 디스플레이 하고 표면 에너지를 계산한다. 상기 컴퓨터 시스템은 광학계의 영상과, 소프트웨어에서 제공하는 각종 메뉴나 계산 결과를 디스플레이 할 수 있는 모니터를 포함한다. 또한, 광학계의 영상으로부터 접촉각, 동접촉각, 시표 액체의 계면 장력 등을 계산할 수 있는 소프트웨어와, 접촉각, 동접촉각, 시료 액체의 계면 장력 등의 정보로부터 측정 대상 고체의 표면 에너지를 계산할 수 있는 소프트웨어를 포함한다. The computer system displays an image transmitted from the optical system and calculates surface energy. The computer system includes an image of an optical system and a monitor capable of displaying various menus or calculation results provided by software. In addition, software for calculating the contact angle, dynamic contact angle, interfacial tension of the target liquid, etc. from the image of the optical system, and software for calculating the surface energy of the measurement target solid from information such as contact angle, dynamic contact angle, and interfacial tension of the sample liquid, Include.
한편, 상기 펌프(280)는 상기 어플리케이터(250) 내부로 시료 액체를 공급하는 기능을 한다. 예를 들어, 외부의 시료 공급원으로부터 상기 펌프의 작용에 의해 상기 어플리케이터의 내부 실린더에 시료 액체가 채워질 수 있다. On the other hand, the
상기 제어부는 전원 스위치, 펌핑 스위치, 유량 조절 스위치, 유량 조절 노브 등을 사용자가 세팅하고 조작하는 것에 따라 상기 펌프, 상기 자동 하적 수단 및 상기 동작 표시등의 작동을 제어할 수 있다. The controller may control the operation of the pump, the automatic unloading means and the operation indicator according to a user setting and operating a power switch, a pumping switch, a flow control switch, a flow control knob, and the like.
한편, 상기 내부 실린더의 중공부에 담긴 액체 시료는 본체에 추가로 설치되는 시료통(251)으로부터 호스를 따라 펌프에 의해 내부 실린더로 공급되도록 할 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 접촉각 측정 모듈은 본체의 외부에 부설되는 시료통(251)과, 본체 내부 또는 외부에 배치되는 펌프와, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부를 구비할 수 있다. On the other hand, the liquid sample contained in the hollow portion of the inner cylinder may be supplied to the inner cylinder by a pump along the hose from the
상기 시료통(251)은 상기 어플리케이터(250)를 통해 측정 대상 표면으로 공급되는 시료 액체를 담는 부재이다. 상기 시료통(251)은 상기 어플리케이터(250)의 내부 실린더 상단의 상부 캡(257)에 형성된 호스 연결공(257a)에 연결되는 호 스(252)를 통해 상기 내부 실린더(256)와 연통되도록 배치될 수 있다. The
이 경우 상기 펌프(280)는 상기 시료통(251)으로부터 상기 어플리케이터(250)로 시료 액체를 공급하는 동력을 제공하는 기능을 한다. 또한, 펌프(280)에 의해 상기 어플리케이터(250)에 시료 액체가 담긴 상태에서 상기 펌프를 조작하면 시료의 액적이 상기 주사 바늘(254)의 하단에 맺히도록 할 수 있다. 이 액적은 상기 주사 바늘(254)을 급속히 가속도를 주어 상승시키면 관성에 의해 측정 대상 표면에 자유 낙하할 수 있다. In this case, the
이 경우 상기 제어부는 상기 펌프에 의해 상기 어플리케이터(250)로 공급되는 유량과 어플리케이터의 하단부의 주사 바늘(254)을 통해 배출되는 시료 액체의 유량을 제어하는 기능을 한다. 상기 제어부는 이외에도 상기 자동 하적 수단을 제어하는 기능도 동시에 수행할 수 있다. In this case, the controller functions to control the flow rate of the sample liquid discharged through the
이하에서는, 본 발명의 표면 에너지 측정 장치를 사용하여 고체 표면의 표면 에너지를 측정하는 방법에 대해 간단히 설명한다. Hereinafter, the method of measuring the surface energy of a solid surface using the surface energy measuring apparatus of this invention is demonstrated briefly.
도 6에는 본 발명의 표면 에너지 측정 장치의 활용을 위해 컴퓨터상에서 실행되는 프로그램의 캡처 뷰가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 각각의 메뉴, 윈도우에 대한 설명은 아래와 같다. 6 shows a capture view of a program running on a computer for use of the surface energy measurement device of the present invention. Description of each menu and window shown in FIG. 6 is as follows.
A. Menu bar : 측정방법, 아이콘 표시, 환경설정, 계산기 기능 제공A. Menu bar: Provides measuring method, icon display, environment setting, calculator function
B. Icon Menu Bar : 이미지, 데이터 불러오기, 이미지 저장, 환경 설정, 교 정, 계산기, 표면에너지 측정 기능 제공B. Icon Menu Bar: provides image, data loading, image saving, environment setting, calibration, calculator, surface energy measurement
C. Live Windows : 실시간으로 나타나는 영상 이미지 디스플레이C. Live Windows: Display live image in real time
D. Analysis Windows : 측정된 결과의 영상 이미지 디스플레이D. Analysis Windows: Display video image of measured result
E. View Windows : 데이터 파일, 물방울 기울기의 정보를 나타내고, 측정 방법을 자동 또는 수동 중에서 선택하는 기능을 제공E. View Windows: Display information of data file, water drop slope, and provide the function to select measurement method automatically or manually.
F. Option Windows : 매뉴얼 측정 데이터를 나타내고, 액상의 표면장력 측정 기능을 선택할 수 있도록 함F. Option Windows: Display manual measurement data and select the surface tension measurement function of the liquid.
G. Graph Windows : 측정된 값이 그래프에 디스플레이G. Graph Windows: The measured value is displayed on the graph.
H. Data Windows : 측정된 접촉각이 표시되며 엑셀파일로 저장하는 기능을 제공H. Data Windows: The measured contact angle is displayed and the function to save as an Excel file is provided.
I. Control icon bar : 소프트웨어 운영 및 측정 기능 등을 제공I. Control icon bar: Provides software operation and measurement function
위와 같은 기능을 제공하는 소프트웨어가 설치된 컴퓨터와 본 발명의 접촉각 측정 모듈을 연결하여 아래와 같이 표면 에너지를 측정할 수 있다. The surface energy can be measured by connecting the contact angle measurement module of the present invention with a computer on which software providing the above functions is installed.
먼저, 측정 대상인 고체의 표면 위에 본 발명의 측정 장치의 본체(210)를 위치시킨다. 상기 본체(210) 내에 설치된 카메라는 어플리케이터(250)의 하단부로부터 측정 대상 고체의 표면의 모습을 연결된 컴퓨터의 화면에서 라이브 윈도우 창에 디스플레이 한다. First, the
준비된 시료를 시료통(251)에 담고, 유량 조절 노브를 조절한 후, 펌핑 스위치를 조작하여 시료통(251)의 액체가 어플리케이터(250)로 호스를 통해 공급되도록 한다. 어플리케이터(250)의 내부 실린더(256)에 시료 액체가 채워지면 주사 바늘(254)을 통해 액체를 측정 대상 고체의 표면에 하적한다. The prepared sample is placed in the
상기 펌핑 스위치는 순간적으로 누르거나 길게 누르는가에 따라 다른 동작을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 펌핑 스위치를 길게 누르는 경우에는 시료통(251)의 액체가 어플리케이터(250)로 공급되고 연이어 상기 자동 하적 수단을 구동하여 어플리케이터(250)에서 하단의 주사 바늘(254)에 맺힌 시료 액체의 적정량을 측정 대상 고체 표면에 하적 할 수 있다. The pumping switch may be configured to perform other operations depending on whether the momentary press or long press. For example, when the pumping switch is pressed for a long time, the liquid in the
시료 액체가 하적되어 측정 대상 고체의 표면과 접촉각을 형성하면, 액적과 액적이 접촉한 측정 대상 고체 표면의 영상을 광학계의 카메라가 인식하여 컴퓨터의 모니터에 디스플레이 한다. 모니터 상의 영상을 분석하여 접촉각을 측정한 후, 이 접촉각 값과 시료 액체의 계면 장력을 함께 고려하여 고체의 표면 에너지를 계산할 수 있다. When the sample liquid is dropped to form a contact angle with the surface of the solid to be measured, an optical camera recognizes and displays an image of the surface of the solid to be measured in contact with the droplet and displays it on a computer monitor. After analyzing the image on the monitor to measure the contact angle, the surface energy of the solid may be calculated by considering the contact angle value and the interfacial tension of the sample liquid.
예를 들어, 고체의 표면 에너지 값의 계산에는 다음의 수학식 1에 기재된 (i) Young's equation을 이용할 수도 있고, 다음의 수학식 2에 기재된 (ii) Good- Girifalco Method를 이용할 수 있다. For example, the (i) Young's equation described in
[수학식 1][Equation 1]
γLV cosθ = γSV - γSL γ LV cosθ = γ SV -γ SL
여기서, γLV는 액체와 기체 사이의 계면 장력, θ는 접촉각, γSV는 고체와 기체 사이의 표면 에너지, γSL는 고체와 액체 사이의 계면 장력을 의미한다. Here, γ LV is the interface tension between the liquid and gas, θ is the contact angle, γ SV is the surface energy between the solid and gas, γ SL is the interface tension between the solid and liquid.
[수학식 2][Equation 2]
γs=γLV(1+cosθ)2/4φ, (φ=1)γ s = γ LV (1 + cosθ) 2 / 4φ, (φ = 1)
여기서, γs는 고체의 표면 에너지, γLV는 액체와 기체 사이의 계면 장력, θ는 접촉각을 의미한다.Where γ s is the surface energy of the solid, γ LV is the interface tension between the liquid and the gas, and θ is the contact angle.
그밖에도 공지된 (iii) Fowkes' Method, (iv) Owens, Wendt, 와 Kaelble's Method (2액 Geometric method), (v) Wu's Method (2액 Harmonic method), (vi) Lifshitz-van der Waals Acid-Base Theory(3액 Acid-Base method) 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 측정 장치에서는 각각의 표면 에너지 측정 방법의 특성을 고려하여 사용자가 자신이 적용하기 원하는 방법을 선택할 수 있도록 한다. Other known are (iii) Fowkes' Method, (iv) Owens, Wendt, and Kaelble's Method (two-component Geometric method), (v) Wu's Method (two-component Harmonic method), (vi) Lifshitz-van der Waals Acid- Base Theory (3-acid Acid-Base method) can be used. In the measuring device of the present invention, the user can select a desired method to be applied in consideration of the characteristics of each surface energy measuring method.
본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서는 화면의 영상을 인식하여 자동으로 고체와 액체 사이의 계면에 대응하는 선을 긋고, 이 선을 기준으로 액적과 고체 및 기체가 만나는 지점에서의 접촉각을 컴퓨터에서 자동으로 계산하도록 할 수 있다. 또는 경우에 따라서 컴퓨터 화면상의 영상에서 고체와 액체 사이의 계면에 해당하는 선을 수동으로 긋고 각도기를 컴퓨터의 화면에 대고 육안으로 측정할 수도 있다. 또한, 컴퓨터 화면 상에서 이동이 가능한 각도기의 영상을 삽입하여 이를 3가지 상이 만나는 지점에 이동시켜 각도를 측정할 수도 있다. 이러한 의미에서 본 발명의 권리범위는 접촉각의 자동 계산 알고리즘을 포함하는 컴퓨터(연산장치)를 포함하지 않은 경우도 포함할 수 있다. In the surface energy measuring apparatus of the present invention, a line corresponding to an interface between a solid and a liquid is automatically drawn by recognizing an image on a screen, and the contact angle at the point where the droplet, the solid and the gas meet on the basis of the line is automatically determined by the computer. Can be calculated. Alternatively, in some cases, a line corresponding to the interface between the solid and the liquid may be manually drawn in the image on the computer screen, and the protractor may be visually measured on the screen of the computer. In addition, by inserting an image of a protractor that can be moved on the computer screen, it can be measured by moving it to the point where the three phases meet. In this sense, the scope of the present invention may include a case in which a computer (computing device) including an automatic calculation algorithm of a contact angle is not included.
이하에서는 도 7을 참조하여 액체 시료의 계면 장력을 측정하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of measuring the interfacial tension of a liquid sample will be described with reference to FIG. 7.
액체 시료의 계면 장력의 값을 주어진 온도, 압력 조건에서 파악하고 있는 경우에는 해당 값을 컴퓨터에 반영하여 최종 표면 에너지 값 계산에 활용할 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 본 발명의 표면 에너지 측정 장치를 사용하여 계면 장력을 측정할 수 있다. If the value of the interfacial tension of a liquid sample is known at a given temperature and pressure condition, the value can be reflected in a computer and used to calculate the final surface energy value. Otherwise, the surface energy measuring device of the present invention can be used Interfacial tension can be measured.
컴퓨터 화면상의 라이브 윈도우에서 주사 바늘(254) 하단부의 영상을 보면서 주사 바늘(254) 하단부에 시료 액체의 액적이 매달린 상태로 유지한 후, 액적의 영상을 인식하여 액체 시료의 계면 장력을 측정할 수 있다. While watching the image of the lower end of the
즉, 도 7에는 본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서 컴퓨터 화면 상에 디스플레이 된 주사 바늘(254) 하단부의 액체 시료의 액적의 모습을 보여주는 캡처 뷰가 도시되어 있다. That is, FIG. 7 is a capture view showing the liquid droplets of the liquid sample at the lower end of the
도 7에 도시된 것과 같이, 주사 바늘(254)에 액적이 맺히도록 하고, 이 상태의 영상을 컴퓨터로 전송한다. 이 영상으로부터 얻어지는 정보를 활용하고 공지의 펜던트 드랍(pendant drop) 방식의 계면 장력 측정 방법을 이용하면 액체 시료의 계면 장력을 계산할 수 있다. 공지의 펜던트 드랍 방식의 계면 장력 측정 방법에 대해서는 아래의 논문에 기재되어 있다. As shown in FIG. 7, droplets are formed on the
"Use of the pendant drop method to measure interfacial tension between molten polymers", Materials Research, Vol. 2, No. 1, 23-32, 1999. Emerson Y. Arashiro, Nicole R. Demarquette."Use of the pendant drop method to measure interfacial tension between molten polymers", Materials Research, Vol. 2, No. 1, 23-32, 1999. Emerson Y. Arashiro, Nicole R. Demarquette.
액체 시료의 계면 장력을 모르는 경우에는 위와 같이 먼저 계면 장력을 측정할 수 있는데, 이 과정은 본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서는 다음과 같이 간이한 절차로 자동으로 측정 결과를 얻도록 할 수 있다. 예를 들어, 펌핑 스위치를 짧게 누르면 동작 표시등이 점멸하면서 설정된 유량의 시료만을 주사 바늘(254) 하단부 방향으로 배출되도록 한다. 이와 같이 배출하면 도 7에 도시된 것과 같은 상태로 액적이 주사 바늘(254)의 하단에 맺힌다. 이때의 영상을 토대로 정보를 취하여 액체 시료의 계면 장력을 계산할 수 있다. When the interfacial tension of the liquid sample is not known, the interfacial tension may be measured as described above. In this process, the surface energy measuring apparatus of the present invention may automatically obtain a measurement result by a simple procedure as follows. For example, when the pumping switch is briefly pressed, the operation indicator blinks so that only the sample of the set flow rate is discharged toward the lower end of the
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 표면 에너지 측정 장치를 사용하여 동접촉각을 측정하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of measuring a dynamic contact angle using the surface energy measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 8.
도 8에는 본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서 동접촉각을 측정하는 방법을 보여주는 컴퓨터 모니터 화면의 캡처 뷰가 도시되어 있다. 8 is a capture view of a computer monitor screen showing a method of measuring a dynamic contact angle in the surface energy measurement device of the present invention.
도 8에서 왼쪽에 도시된 것과 같이, 주사 바늘(254) 단부에 액적이 맺히도록 하고, 그 다음 주사 바늘(254)을 하강시켜서 액적이 측정 대상 고체 표면에 접하도록 한다. 액적은 측정 대상 고체 표면에 닿으면 고체 표면에서 퍼지는 현상이 발생한다. 이 상태의 영상을 상기 컴퓨터로 전송할 수 있고, 이 영상에서 액적과 측정 대상 고체 표면이 이루는 각도를 측정하면 이것이 곧 동접촉각이 된다. As shown on the left in FIG. 8, the droplets form at the end of the
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. In the following description of the present invention, the embodiments illustrated in the drawings have been described with reference to the embodiments, which are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. I will understand the point. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 접촉각 측정 모듈의 외관을 개략적으로 보여주는 사시도. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of a contact angle measuring module according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 접촉각 측정 모듈의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도. 2 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the contact angle measuring module shown in FIG.
도 3은 어플리케이터의 구성의 일례를 보여주는 분리 사시도. 3 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the applicator.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
도 5는 도 3에 도시된 하적용 기어의 평면도. 5 is a plan view of the unloading gear shown in FIG.
도 6은 본 발명의 표면 에너지 측정 장치의 활용을 위해 컴퓨터상에서 실행되는 프로그램의 캡처 뷰.6 is a capture view of a program running on a computer for use of the surface energy measurement device of the present invention.
도 7은 본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서 컴퓨터의 모니터 상에 디스플레이 된 주사 바늘 하단부의 액체 시료의 액적의 모습을 보여주는 캡처 뷰. 7 is a capture view showing the appearance of droplets of a liquid sample at the bottom of the injection needle displayed on a monitor of a computer in the surface energy measuring device of the present invention.
도 8은 본 발명의 표면 에너지 측정 장치에서 동접촉각을 측정하는 방법을 보여주는 컴퓨터 모니터 화면의 캡처 뷰. 8 is a captured view of a computer monitor screen showing a method of measuring a dynamic contact angle in the surface energy measuring device of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 액적 121: 카메라10: drop 121: camera
130: 반사경 160: 산란 렌즈130: reflector 160: scattering lens
170: 광량 조절판 190: LED 램프 170: light control panel 190: LED lamp
200: 접촉각 측정 모듈 203: 광량 조절 나사200: contact angle measurement module 203: light amount adjustment screw
210: 본체 211: 펌핑 스위치210: main body 211: pumping switch
212: 유량 조절 스위치 213: 동작 표시등212: flow control switch 213: operation indicator
214: 유량 조절 노브 250: 어플리케이터214: flow adjustment knob 250: applicator
251: 시료통 252: 호스251: sample container 252: hose
253: 측방향 돌기 254: 주사 바늘253: lateral projection 254: injection needle
255: 외부 실린더 255a: 가이드 슬롯255:
256: 내부 실린더 257: 상부 캡256: inner cylinder 257: upper cap
257a: 호스 연결공 259: 스프링257a: hose connector 259: spring
260: 하적용 기어 261: 기어 치(齒)260: unloading gear 261: gear tooth
262: 상하 방향 홈 263: 내부 실린더 이송공262: vertical groove 263: inner cylinder feed hole
264: 나사산 264: 정지 표시부264: thread 264: stop display
265: 회전 표시부 270: 구동 기어265: rotation display unit 270: drive gear
280: 펌프280: pump
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KR20050033592A (en) * | 2005-03-18 | 2005-04-12 | 주식회사 에스이오 | Contact angle meter |
KR20050033591A (en) * | 2005-03-18 | 2005-04-12 | 주식회사 에스이오 | Contact angle meter |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0850088A (en) * | 1994-08-09 | 1996-02-20 | Toyota Motor Corp | Contact angle measuring method |
KR20050033592A (en) * | 2005-03-18 | 2005-04-12 | 주식회사 에스이오 | Contact angle meter |
KR20050033591A (en) * | 2005-03-18 | 2005-04-12 | 주식회사 에스이오 | Contact angle meter |
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