KR20230123230A - Apparatus for simultaneous measuring surface tension and contact angle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면장력 및 접촉각 동시 측정기 및 측정방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 양단이 개방되고, 하단 및 상단의 반지름이 동일한 원기둥 형상의 제1 중공을 구비하는 제1 채널(10), 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제1 테이퍼 각도(cone angle)를 가지는 원뿔대 형상의 제2 중공을 구비하는 제2 채널(20), 및 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제2 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상의 제3 중공을 구비하는 제3 채널(30) 중 적어도 2개 이상의 채널을 포함하고, 제1 테이퍼 각도는 제2 테이퍼 각도보다 작으며, 2개 이상의 채널의 하단으로 액체가 유입되어 모세관력에 의해 상승한다.The present invention relates to a surface tension and contact angle simultaneous measuring device and measuring method, and the surface tension and contact angle simultaneous measuring device according to an embodiment of the present invention has both ends open and has a cylindrical first hollow with the same lower and upper radii. A second channel 20 having a truncated cone-shaped second hollow having a predetermined first taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top, the first channel 10 having both ends open, , And at least two or more of the third channels 30 having open ends and having a third hollow in the shape of a truncated cone having a predetermined second taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top, The first taper angle is smaller than the second taper angle, and the liquid flows into the lower ends of the two or more channels and rises by capillary force.
Description
본 발명은 표면장력 및 접촉각 동시 측정기 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액주 형상의 미세한 차이를 활용하여 표면장력 및 접촉각을 동시에 측정할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a simultaneous measuring device and measuring method for surface tension and contact angle, and more particularly, to a technique for simultaneously measuring surface tension and contact angle by utilizing minute differences in the shape of a liquid column.
액체의 표면은 응집(cohesion)으로 인해 서로 당기는 힘을 가지는데 이를 표면장력(surface tension)이라고 한다. 액체 분자는 모든 방향의 주위 분자들로부터 힘을 받게 되지만, 표면에서는 위로부터 작용하는 힘이 존재하지 않기 때문에 표면에서는 중간에서보다 불안정한 상태에 있게 되고, 그 불안정한 상태를 최소화하기 위해 액체는 표면을 최소화하려는 성질을 가진다. 이러한 불안정성은 표면의 다른 입자에 힘을 작용해 줄일 수 있다. 즉, 액체의 분자간 인력이 액면 부근에서 불균형해지며, 액면 부근 분자의 위치 에너지가 액체 속의 분자보다 상대적으로 크고, 이로 인해 액체가 전체 표면적에 비례한 에너지를 가지게 되어 표면장력이 발생하게 된다. 표면장력은 표면상에 위치한 모든 분자들 간에 작용하는 인력의 형태로서, 액체의 압축에 대한 저항력과 균형을 이루게 되며, 액체 표면의 접선 방향으로 작용한다.The surfaces of the liquid have a force that attracts each other due to cohesion, which is called surface tension. Liquid molecules receive forces from surrounding molecules in all directions, but since there is no force acting from above on the surface, the surface is in a more unstable state than in the middle, and the liquid minimizes the surface to minimize the unstable state. have the character to This instability can be reduced by applying forces to other particles on the surface. That is, the intermolecular attraction of the liquid becomes imbalanced near the liquid surface, and the potential energy of the molecules near the liquid surface is relatively greater than that of the molecules in the liquid. As a result, the liquid has energy proportional to the total surface area, resulting in surface tension. Surface tension is a form of attraction acting between all molecules located on the surface, and is balanced with the resistance to compression of the liquid and acts in the tangential direction of the liquid surface.
접촉각(contact angle)은 2개의 서로 다른 재질의 표면이 접촉할 때에 발생되는 것으로서, 액체가 고체 표면에서 열역학적으로 평형을 이룰 때에 이루는 각을 말한다. 접촉각은 유체의 특성이나 표면의 거칠기와 형상에 따라 달라진다. 이러한 접촉각은 액체-고체, 액체-기체, 기체-고체 간의 서로 다른 표면 자유에너지에 의해 발생하는데, 서로 다른 물질이 3개가 만나는 지점에서 접촉각이 발생하게 된다. The contact angle is generated when the surfaces of two different materials come into contact, and refers to an angle formed when a liquid is in thermodynamic equilibrium on a solid surface. The contact angle varies depending on the characteristics of the fluid or the roughness and shape of the surface. This contact angle is caused by different surface free energies between liquid-solid, liquid-gas, and gas-solid, and the contact angle occurs at a point where three different materials meet.
이러한 표면장력 내지 접촉각을 측정하기 위하여 다양한 방법들이 개발되었는데, 그 일례로 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 표면장력 측정 장치 및 측정 방법이 개시되어 있다. 그러나 종래 표면장력 내지 접촉각 측정 기술들에 따르면, 표면장력을 산출하기 위해서 선행적으로 접촉각을 측정해야 하는 추가 작업이 요청되고 있다. 또한, 종래 표면장력 내지 접촉각 측정장치들은 고가의 소재를 활용하거나 전기소자 등을 사용하여 구조가 복잡하며, 이로 인해 많은 제조비용이 소요되는 문제가 있다.Various methods have been developed to measure the surface tension or contact angle. As an example, a surface tension measuring device and measuring method are disclosed in the following prior art documents. However, according to the conventional surface tension or contact angle measurement techniques, additional work of measuring the contact angle in advance is required to calculate the surface tension. In addition, conventional surface tension or contact angle measuring devices have a complicated structure using expensive materials or electric devices, and thus, there is a problem in that a lot of manufacturing cost is required.
이에 종래 표면장력 내지 접촉각 측정 기술의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, there is an urgent need for a method for solving the problems of the conventional surface tension or contact angle measurement technology.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 테이퍼 각도가 서로 다른 다수의 중공형 채널을 통해 액체의 상승을 유도하고, 그 액체의 상승높이, 테이퍼 각도, 접촉각, 표면장력 간의 상관관계로부터 표면장력과 접촉각을 동시에 산출할 수 있는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기 및 측정방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, one aspect of the present invention induces the rise of the liquid through a plurality of hollow channels having different taper angles, the rise height of the liquid, the taper angle, the contact angle , To provide a surface tension and contact angle simultaneous measuring device and measuring method capable of simultaneously calculating surface tension and contact angle from the correlation between surface tension.
본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 양단이 개방되고, 하단 및 상단의 반지름이 동일한 원기둥 형상의 제1 중공을 구비하는 제1 채널; 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제1 테이퍼 각도(cone angle)를 가지는 원뿔대 형상의 제2 중공을 구비하는 제2 채널; 및 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제2 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상의 제3 중공을 구비하는 제3 채널; 중 적어도 2개 이상의 채널을 포함하고, 상기 제1 테이퍼 각도는 상기 제2 테이퍼 각도보다 작으며, 2개 이상의 상기 채널의 하단으로 액체가 유입되어 모세관력에 의해 상승할 수 있다.A simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention includes a first channel having both ends open and having a cylindrical first hollow having the same lower and upper radii; a second channel having both ends open and having a truncated cone-shaped second hollow having a predetermined first taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top; and a third channel having both ends open and having a truncated cone-shaped third hollow having a predetermined second taper angle such that the radius gradually increases from the bottom to the top. includes at least two or more channels, the first taper angle is smaller than the second taper angle, and the liquid flows into the lower ends of the two or more channels and rises by capillary force.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 채널 각각의 내면은 친수성일 수 있다.In addition, in the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the inner surface of each of the channels may be hydrophilic.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 채널은 투명 소재로 이루어질 수 있다.In addition, in the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the channel may be made of a transparent material.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 내부에 상기 채널을 구비하는 투명 본체;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the surface tension and contact angle simultaneous measuring device according to an embodiment of the present invention, a transparent body having the channel therein; may further include.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 채널의 하단의 반지름은 0.3 ~ 0.8㎜일 수 있다.In addition, in the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the radius of the lower end of the channel may be 0.3 to 0.8 mm.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 제1 테이퍼 각도는 1° 이하일 수 있다.In addition, in the simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the first taper angle may be 1° or less.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 제2 테이퍼 각도는 2° 이하일 수 있다.In addition, in the surface tension and contact angle simultaneous measuring device according to an embodiment of the present invention, the second taper angle may be 2° or less.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 채널에서 상기 액체가 상승한 상승높이를 측정하는 높이측정부;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the surface tension and contact angle simultaneous measuring device according to an embodiment of the present invention, a height measuring unit for measuring the rising height of the liquid in the channel; may further include.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에 있어서, 상기 채널 중 적어도 2개에 대해 하기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 상기 액체의 표면장력 및 접촉각을 산출하는 정보처리부;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the surface tension and contact angle simultaneous measuring device according to an embodiment of the present invention, an information processing unit for calculating the surface tension and contact angle of the liquid by applying and combining the following [Equation 1] to at least two of the channels; may further include.
[수학식 1][Equation 1]
(여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도임.)(Where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, and g is the gravitational acceleration.)
한편, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법은 (a) 청구항 1에 따른 제1 채널, 제2 채널, 및 제3 채널 중 적어도 2개 이상의 채널의 하단을 액체에 침지시켜, 상기 액체를 상승시키는 단계; (b) 각각의 상기 채널 내에서 상승한 상기 액체의 상승높이를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 채널 중 적어도 2개에 대해 하기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 상기 액체의 표면장력 및 접촉각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, the method for measuring surface tension and contact angle simultaneously according to an embodiment of the present invention (a) immersing the lower ends of at least two or more of the first channel, the second channel, and the third channel according to claim 1 in a liquid, elevating the liquid; (b) measuring a rising height of the liquid rising in each of the channels; and (c) calculating the surface tension and contact angle of the liquid by applying the following [Equation 1] to at least two of the channels and applying the equation 1 in tandem.
[수학식 1][Equation 1]
(여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도임.)(Where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, and g is the gravitational acceleration.)
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법에 있어서, 상기 제2 채널의 제1 테이퍼 각도는 1° 이하일 수 있다.In addition, in the method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the first taper angle of the second channel may be 1° or less.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법에 있어서, 상기 제3 채널의 제2 테이퍼 각도는 2° 이하일 수 있다.In addition, in the method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, the second taper angle of the third channel may be 2° or less.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.
본 발명에 따르면, 테이퍼 각도가 서로 다른 다수의 중공형 채널을 통해 액체의 상승을 유도하여 얻은 액체의 상승높이, 그 높이차를 이용하여 표면장력과 접촉각을 산출할 수 있으므로, 매우 간단하게 빠르게 표면장력과 접촉각을 측정할 수 있다.According to the present invention, since the surface tension and the contact angle can be calculated using the elevation height of the liquid obtained by inducing the elevation of the liquid through a plurality of hollow channels having different taper angles and the height difference, the surface tension and contact angle can be calculated very simply and quickly. Tension and contact angle can be measured.
또한, 종래 표면장력 내지 접촉각 측정 기술의 경우 표면장력과 접촉각을 산출하기 위해서 그 중 어느 하나의 값을 미리 알고 있거나 직접 측정해야 하는데 반해, 본 발명은 표면장력과 접촉각을 동시에 측정할 수 있으므로 그 과정이 매우 단순하다.In addition, in the case of the conventional surface tension or contact angle measurement technology, in order to calculate the surface tension and contact angle, either one of them must be known in advance or directly measured, whereas the present invention can measure the surface tension and contact angle at the same time, so the process It's very simple.
또한, 본 발명에 따른 표면장력 측정장치는 중공형 채널을 주요 구성으로 구현되기 때문에 구조가 매우 단순하고 소재 비용도 저렴하므로, 경제성을 개선할 수 있다.In addition, since the surface tension measuring device according to the present invention is implemented with a hollow channel as a main configuration, the structure is very simple and the material cost is low, so economic feasibility can be improved.
이러한 장점에 힘입어, 물질의 물리적 특성을 확인하기 위하여 표면장력이나 접촉각 측정 시험을 활발하게 진행하는 산업분야에서 본 발명이 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.Thanks to these advantages, it is expected that the present invention can be widely used in the industrial field where surface tension or contact angle measurement tests are actively conducted to confirm the physical properties of materials.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 구성도이다.
도 6은 실험예에 사용된 표면장력 및 접촉각 동시 측정기를 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 실험예에 따른 액체의 상승높이 측정 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 실험예에 따른 표면장력 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 15는 실험예에 따른 채널별 액체의 상승높이를 촬영한 사진, 및 2개의 채널에 대해 산출된 액체의 표면장력 값을 나타내는 표이다.
도 16은 실험예에 따른 채널의 테이퍼 각도 차이(Δθ)별 표면장력 값의 상대오차(%)를 나타내는 그래프이다.1 is a perspective view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a process of manufacturing a surface tension and contact angle simultaneous measuring device used in the experimental example.
7 is a view showing a process of measuring the rising height of a liquid according to an experimental example.
8 is a diagram illustrating a process of calculating a surface tension value according to an experimental example.
9 to 15 are tables showing the surface tension values of the liquid calculated for two channels and photos taken of the rising height of the liquid for each channel according to the experimental example.
16 is a graph showing the relative error (%) of the surface tension value for each taper angle difference (Δθ) of the channel according to the experimental example.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing in this specification, it should be noted that the same components have the same numbers as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the components are not limited by the terms. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 측면도이다.1 is a perspective view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 양단이 개방되고, 하단 및 상단의 반지름이 동일한 원기둥 형상의 제1 중공을 구비하는 제1 채널(10), 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제1 테이퍼 각도(cone angle)를 가지는 원뿔대 형상의 제2 중공을 구비하는 제2 채널(20), 및 양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제2 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상의 제3 중공을 구비하는 제3 채널(30) 중 적어도 2개 이상의 채널을 포함하고, 제1 테이퍼 각도는 제2 테이퍼 각도보다 작으며, 2개 이상의 채널의 하단으로 액체가 유입되어 모세관력에 의해 상승한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention has both ends open and a first channel having a cylindrical first hollow having the same lower and upper radii ( 10), a second channel 20 open at both ends and having a second hollow in the shape of a truncated cone having a predetermined first taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top, and both ends are open and includes at least two or more of the third channels 30 having a truncated cone-shaped third hollow having a predetermined second taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top, and the first taper angle is It is smaller than the second taper angle, and the liquid flows into the lower ends of the two or more channels and rises by capillary force.
본 발명은 액주의 높이차를 이용하여 표면장력 및 접촉각을 동시에 측정할 수 있는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기 및 측정방법에 관한 것이다. 산업분야, 특히 화학분야에서 합성 물질 등의 물리적 특성을 확인하기 위하여 표면장력이나 접촉각 측정 시험이 활발하게 진행되고 있는데, 종래 표면장력 내지 접촉각 측정 기술들은 표면장력을 측정하기 위하여 선행적으로 접촉각을 미리 알고 있거나 측정하여야 하므로 측정 과정이 느리며 복잡하고, 고가의 소재를 사용하거나 구조가 복잡하여 기기의 제조비용도 많이 소요되는 문제가 있는바, 이에 대한 해결방안으로서 본 발명이 안출되었다.The present invention relates to a surface tension and contact angle simultaneous measuring device and measuring method capable of simultaneously measuring surface tension and contact angle using a height difference of a liquid column. In the industrial field, especially in the chemical field, surface tension or contact angle measurement tests are being actively conducted to confirm physical properties such as synthetic materials. Since it must be known or measured, the measurement process is slow and complicated, and expensive materials are used or the structure is complicated, so the manufacturing cost of the device is also high. As a solution to this problem, the present invention has been devised.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30) 중 적어도 2개 이상을 포함한다.Specifically, the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention includes at least two or more of the first channel 10 , the second channel 20 , and the third channel 30 .
제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)은 양단이 개방된 중공관 형상으로서, 액체가 유동할 수 있는 통로를 제공한다. 이러한 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)은 소정의 길이를 가지고, 각각의 길이방향이 상하방향을 따라 배열된다. 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)의 하단이 액체에 접촉하거나 침지되게 되면, 그 하단으로 액체가 유입되고, 모세관력에 의해 내부 중공을 따라 소정이 높이까지 상승하게 된다. 이하에서, 액체가 상승한 높이를 액체의 상승높이(h)라고 한다. The first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 have a hollow tube shape with both ends open, and provide a passage through which liquid can flow. The first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 have predetermined lengths, and their longitudinal directions are arranged along the vertical direction. When the lower ends of the first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 come into contact with or are immersed in liquid, the liquid flows into the lower ends and a predetermined temperature is formed along the inner hollow by capillary force. will rise to a height. Hereinafter, the height at which the liquid rises is referred to as the rise height (h) of the liquid.
여기서, 액체의 상승이 유도되도록, 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)의 내면은 친수성일 수 있다. 이때, 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30) 각각이 친수성 소재로 형성되거나, 또는 그 내면에 친수성 물질이 코팅될 수 있다. Here, the inner surfaces of the first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 may be hydrophilic so that the liquid rises. At this time, each of the first channel 10 , the second channel 20 , and the third channel 30 may be formed of a hydrophilic material, or a hydrophilic material may be coated on an inner surface thereof.
또한, 외부에서 액체의 상승높이를 확인할 수 있도록, 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)은 투명 소재로 이루어질 수 있다. In addition, the first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 may be made of a transparent material so that the rising height of the liquid can be checked from the outside.
제1 채널(10)의 내부 중공인 제1 중공은 원기둥 형태로 형성된다. 즉, 제1 중공은 하단에서부터 상단까지 동일한 반지름을 가지도록 형성된다. 여기서, 제1 채널(10)의 하단의 반지름(r0)은 0.3 ~ 0.8㎜일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The first hollow inside the first channel 10 is formed in a cylindrical shape. That is, the first hollow is formed to have the same radius from the lower end to the upper end. Here, the radius (r 0 ) of the lower end of the first channel 10 may be 0.3 to 0.8 mm, but is not necessarily limited thereto.
제2 채널(20)의 내부 중공인 제2 중공은 원뿔대 형상으로서, 그 반지름은 하단에서부터 상단으로 갈수록 점점 커지는 형태이다. 여기서, 제1 테이퍼 각도(cone angle)는 1° 이하로 형성될 수 있다. 테이퍼 각도(α)는 상하방향의 중심축을 포함하는 단면에서 그 중심축과 모선 사이의 각도이다. 한편, 제2 채널(20)의 하단의 반지름(r0)은 제1 채널(10)과 동일하게 형성될 수 있다.The second hollow, which is the inner hollow of the second channel 20, has a truncated cone shape, and its radius gradually increases from the bottom to the top. Here, the first taper angle (cone angle) may be formed to 1 ° or less. The taper angle α is an angle between the central axis and the generatrix in a cross section including the central axis in the vertical direction. Meanwhile, the lower radius r 0 of the second channel 20 may be formed to be the same as that of the first channel 10 .
제3 채널(30)의 내부 중공인 제3 중공도, 그 반지름이 하단에서부터 상단으로 갈수록 점점 커지는 원뿔대 형상으로 형성된다. 여기서, 제3 채널(30)의 하단의 반지름(r0)은 제1 채널(10)과 동일하게 형성될 수 있다. 한편, 제2 테이퍼 각도는 제1 테이퍼 각도보다 상대적으로 크게 형성된다. 이러한 제2 테이퍼 각도는 2° 이하로 형성될 수 있다.The third hollow, which is the inner hollow of the third channel 30, is also formed in the shape of a truncated cone whose radius gradually increases from the lower end to the upper end. Here, the radius r 0 of the bottom of the third channel 30 may be formed to be the same as that of the first channel 10 . Meanwhile, the second taper angle is formed to be relatively larger than the first taper angle. This second taper angle may be formed to 2° or less.
본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30)을 모두 포함하거나, 그 중 2개를 포함할 수 있다. The simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention may include all or two of the first channel 10 , the second channel 20 , and the third channel 30 .
여기서, 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30) 중 2개 이상의 채널(10, 20, 30)의 하단을 통해 액체가 유입되어 상승하는 경우, 표면장력, 접촉각, 상승높이, 채널(10, 20, 30)의 하단 반지름, 테이퍼 각도 등의 상호관계는 아래 [수학식 1]에 따라 표현될 수 있다.Here, when the liquid flows in and rises through the lower ends of two or more channels 10, 20, and 30 of the first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30, the surface tension, The mutual relationship between the contact angle, the rising height, the bottom radius of the channels 10, 20 and 30, and the taper angle can be expressed according to [Equation 1] below.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도, r(h)는 상승높이에서의 표면 반지름이다.where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, g is the gravitational acceleration, r(h) is the surface radius at the elevation.
상기 [수학식 1]은 표면장력 및 접촉각과, 상승한 액체의 무게와의 관계를 나타내는 [수학식 2]에, 상승한 액체의 부피를 나타내는 [수학식 3]을 대입하여 도출할 수 있다.[Equation 1] can be derived by substituting [Equation 3] representing the volume of the elevated liquid into [Equation 2] representing the relationship between surface tension and contact angle and the weight of the elevated liquid.
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도, r(h) 및 r은 상승높이 h에서의 표면 반지름이다.where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, g is the gravitational acceleration, r(h) and r is the surface radius at the elevation h.
여기서, 적어도 2개 이상의 채널(10, 20, 30)에서 액체의 상승높이를 측정한 후, 최소한 2개의 채널(10, 20, 30)에 대해 상기 [수학식 1]을 적용하고, 그 2개를 선택하여 연립하면, 표면장력 및 접촉각이 산출될 수 있다.Here, after measuring the rising height of the liquid in at least two or more channels 10, 20, and 30, [Equation 1] is applied to the at least two channels 10, 20, and 30, and the two If selected and combined, the surface tension and contact angle can be calculated.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 단면도이다.3 is a perspective view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 4를 참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 투명 본체(40)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the simultaneous measuring of surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention may further include a transparent body 40 .
여기서, 투명 본체(40)는 그 내부에 제1 채널(10), 제2 채널(20), 및 제3 채널(30) 중 적어도 2개 이상의 채널(10, 20, 30)을 구비하는 투명한 부재이다. 투명 본체(40)는 일체로 2개 이상의 채널(10, 20, 30)을 구비하는데, 상면에서부터 하면을 관통하여 채널(10, 20, 30)이 형성될 수 있다. 여기서, 채널(10, 20, 30)의 하단이 형성되는 투명 본체(40)의 하면은 평면으로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 각각의 채널(10, 20, 30)에서 액체의 상승높이를 측정하기 위한 하부 기준점이 동일해야 하기 때문이다. Here, the transparent body 40 is a transparent member having at least two or more channels 10, 20, and 30 of the first channel 10, the second channel 20, and the third channel 30 therein. am. The transparent body 40 integrally includes two or more channels 10 , 20 , and 30 , and the channels 10 , 20 , and 30 may be formed from the upper surface through the lower surface. Here, the lower surface of the transparent body 40 on which the lower ends of the channels 10, 20 and 30 are formed is preferably formed in a flat plane. This is because the lower reference point for measuring the rising height of the liquid in each of the channels 10, 20, and 30 should be the same.
이러한 투명 본체(40)를 통해 채널에서 상승하는 액체를 외부에서 확인할 수 있어, 보다 용이하게 액체의 상승높이를 측정할 수 있다.Through the transparent body 40, the liquid rising in the channel can be confirmed from the outside, so that the rising height of the liquid can be more easily measured.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a simultaneous measuring device for surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 높이측정부(50)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention may further include a height measuring unit 50 .
높이측정부(50)는 채널(10, 20, 30)에서 액체의 상승높이를 측정하는 수단이다. 일례로, 높이측정부(50)는 채널(10, 20, 30)의 표면에 표시된 눈금자(도시되지 않음)일 수 있다. 다른 예로, 높이측정부(50)는 액체의 상승높이를 촬영하는 카메라일 수 있다. 여기서, 컴퓨팅 장치가, 소정의 소프트웨어를 통해, 카메라에 의해 촬영한 이미지를 분석하여 액체의 상승높이를 산출할 수도 있다.The height measuring unit 50 is a means for measuring the rising height of the liquid in the channels 10, 20 and 30. For example, the height measurement unit 50 may be a ruler (not shown) displayed on the surface of the channels 10, 20, and 30. As another example, the height measuring unit 50 may be a camera that captures the rising height of the liquid. Here, the computing device, through predetermined software, may analyze the image captured by the camera to calculate the rising height of the liquid.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정기는 정보처리부(60)를 더 포함할 수 있다.In addition, the simultaneous measurement of surface tension and contact angle according to another embodiment of the present invention may further include an information processing unit 60.
정보처리부(60)는 적어도 2개 이상의 채널(10, 20, 30)에서의 액체의 상승높이를 입력으로, 상기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 표면장력 및 접촉각을 연산하여 산출한다. 이러한 정보처리부(60)는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. The information processing unit 60 applies the above [Equation 1] to the rising height of the liquid in at least two or more channels 10, 20, and 30 as an input, calculates and calculates the surface tension and contact angle by combining them. This information processing unit 60 may be implemented as a computing device.
한편, 높이측정부(50)와 정보처리부(60)는 서로 연동되도록 구현될 수 있다. 즉, 높이측정부(50)가 액체의 상승높이를 측정하고, 정보처리부(60)가 측정된 액체의 상승높이 정보를 수신하여 표면장력 및 접촉각을 산출할 수 있다.Meanwhile, the height measurement unit 50 and the information processing unit 60 may be implemented to interlock with each other. That is, the height measuring unit 50 may measure the rising height of the liquid, and the information processing unit 60 may receive the measured rising height information of the liquid to calculate the surface tension and the contact angle.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법은 전술한 제1 채널, 제2 채널, 및 제3 채널 중 적어도 2개 이상의 채널의 하단을 액체에 침지시켜, 액체를 상승시키는 단계, 각각의 채널 내에서 상승한 액체의 상승높이를 측정하는 단계, 및 채널 중 적어도 2개에 대해 상기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 상기 액체의 표면장력 및 접촉각을 산출하는 단계를 포함한다.A method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention includes the steps of immersing the lower ends of at least two or more of the aforementioned first, second, and third channels in a liquid to raise the liquid, respectively. Measuring the rising height of the liquid that has risen in the channel of and calculating the surface tension and contact angle of the liquid by applying [Equation 1] to at least two of the channels and combining them.
본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법은 전술한 표면장력 및 접촉각 동시 측정기를 이용해 액체의 표면장력 및 접촉각을 측정하는 것인바, 표면장력 및 접촉각 동시 측정기에서 설명한 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.The method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention measures the surface tension and contact angle of a liquid using the above-described simultaneous measuring device for surface tension and contact angle. omitted or simply described.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법은 채널 침지 단계, 액체 상승높이 측정 단계, 및 표면장력 및 접촉각 산출 단계를 포함한다.Specifically, the method for simultaneously measuring surface tension and contact angle according to an embodiment of the present invention includes a channel immersion step, a liquid rise height measurement step, and a surface tension and contact angle calculation step.
채널 침지 단계에서는 테이퍼 각도가 서로 다른 중공형 제1 채널, 제2 채널, 및 제3 채널 중 적어도 2개 이상의 채널의 하단을 액체에 침지시킨다. 여기서, 소정의 용기에 수용된 액체가 채널의 하단을 통해 유입되어 상승할 수만 있으면, 그 침지 깊이에 특별한 제한은 없다. 상기 제1 채널은 테이퍼 각도가 0°인 원기둥 형상의 중공을 구비하며, 제2 채널 및 제3 채널은 각각 서로 다른 테이퍼 각도로 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 커지는 원뿔대 형상의 중공을 구비한다. 이때, 제2 채널의 테이퍼 각도는 1° 이하이고, 제3 채널의 테이퍼 각도는 2° 이하일 수 있다.In the channel immersion step, lower ends of at least two or more of the first hollow channel, the second channel, and the third channel having different taper angles are immersed in the liquid. Here, as long as the liquid contained in the container can flow in through the lower end of the channel and rise, there is no particular limitation on the immersion depth. The first channel has a cylindrical hollow with a taper angle of 0°, and the second and third channels each have different taper angles and have truncated cone-shaped hollows whose radius increases from the bottom to the top. In this case, the taper angle of the second channel may be 1° or less, and the taper angle of the third channel may be 2° or less.
액체의 상승높이 측정 단계에서는 각각의 채널을 통해 상승한 액체의 높이를 측정한다. 여기서, 전술한 높이측정부에 의해 액체의 상승높이가 측정될 수 있다.In the step of measuring the rising height of the liquid, the height of the liquid rising through each channel is measured. Here, the rising height of the liquid may be measured by the above-described height measuring unit.
표면장력 및 접촉각 산출 단계에서는 각각의 채널에서 측정된 액체의 상승높이와, 전술한 [수학식 1]을 이용해 액체의 표면장력 및 접촉각을 동시에 산출할 수 있다. 여기서, 전술한 정보처리부에 의해, 적어도 2개의 채널에서의 정보를 이용해, 소프트웨어적으로 표면장력 및 접촉각을 산출할 수 있다.In the step of calculating the surface tension and contact angle, the surface tension and contact angle of the liquid can be simultaneously calculated using the rising height of the liquid measured in each channel and the above-described [Equation 1]. Here, the surface tension and the contact angle can be calculated by software using information from at least two channels by the above-described information processing unit.
종합적으로, 본 발명에 따르면 테이퍼 각도가 서로 다른 다수의 중공형 채널을 통해 액체의 상승을 유도하여 얻은 액체의 상승높이, 그 높이차를 이용하여 표면장력과 접촉각을 산출할 수 있으므로, 매우 간단하게 빠르게 표면장력과 접촉각을 측정할 수 있다. 또한, 종래 표면장력 내지 접촉각 측정 기술의 경우 표면장력과 접촉각을 산출하기 위해서 그 중 어느 하나의 값을 미리 알고 있거나 직접 측정해야 하는데 반해, 본 발명은 표면장력과 접촉각을 동시에 측정할 수 있으므로 그 과정이 매우 단순하다. 나아가, 본 발명에 따른 표면장력 측정장치는 중공형 채널을 주요 구성으로 구현되기 때문에 구조가 매우 단순하고 소재 비용도 저렴하므로, 경제성을 개선할 수 있다. 이러한 장점에 힘입어, 물질의 물리적 특성을 확인하기 위하여 표면장력이나 접촉각 측정 시험을 활발하게 진행하는 산업분야에서 본 발명이 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.Overall, according to the present invention, the surface tension and the contact angle can be calculated using the elevation height of the liquid obtained by inducing the elevation of the liquid through a plurality of hollow channels having different taper angles and the height difference, so it is very simple Surface tension and contact angle can be measured quickly. In addition, in the case of the conventional surface tension or contact angle measurement technology, in order to calculate the surface tension and contact angle, either one of them must be known in advance or directly measured, whereas the present invention can measure the surface tension and contact angle at the same time, so the process It's very simple. Furthermore, since the surface tension measuring device according to the present invention is implemented with a hollow channel as a main configuration, the structure is very simple and the material cost is low, so economic feasibility can be improved. Thanks to these advantages, it is expected that the present invention can be widely used in the industrial field where surface tension or contact angle measurement tests are actively conducted to confirm the physical properties of materials.
이하에서는 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.
1. 표면장력 및 접촉각 동시 측정기 제작1. Simultaneous measurement of surface tension and contact angle
도 6은 실험예에 사용된 표면장력 및 접촉각 동시 측정기를 제조하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 6을 참고로, 3D 프린터를 이용해 원통 형상과, 테이퍼 각도가 서로 다른 2개의 원뿔대 형상의 기둥이 있는 몰드를 제작한 후, PDMS를 그 몰드에 부어서, 서로 다른 테이퍼 각도를 가지는 3개의 채널을 구비하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기를 제작하였다. 여기서, 각각의 채널이 친수성 내면을 갖도록, 소수성 PDMS를 붓고, 플라즈마 처리를 수행하였다. PDMS는 기본적으로 소수성 표면을 가지지만, 플라즈마 처리시 친수성으로 그 성질이 바뀐다. 이에 플라즈마 처리 전에는 소수성으로 DI-water가 상승하지 않지만, 플라즈마 처리 후에는 친수성으로 바뀌면서 DI-water가 상승하게 된다.6 is a view showing a process of manufacturing a surface tension and contact angle simultaneous measuring device used in the experimental example. Referring to FIG. 6, after manufacturing a mold having a cylindrical shape and two truncated cone-shaped columns having different taper angles using a 3D printer, PDMS was poured into the mold to form three channels having different taper angles. A simultaneous measuring device for surface tension and contact angle was manufactured. Here, hydrophobic PDMS was poured and plasma treatment was performed so that each channel had a hydrophilic inner surface. PDMS basically has a hydrophobic surface, but its properties change to hydrophilic when treated with plasma. Therefore, before plasma treatment, DI-water does not rise to hydrophobicity, but after plasma treatment, DI-water rises while changing to hydrophilicity.
2. 실험방법2. Experiment method
표면장력 및 접촉각 동시 측정기의 제1 채널의 테이퍼 각도는 0°로 유지하고, 제2 채널의 테이퍼 각도는 0.1°, 0.25°, 0.5°, 1°, 2°, 3°, 7.5°로 변경하였으며, 제3 채널의 테이퍼 각도는 제2 채널의 테이퍼 각도의 2배씩 변경(0.2°, 0.5°, 1°, 2°, 4°, 6°, 15°)하면서, DI-water의 표면장력 값을 각각 측정하였다.The taper angle of the first channel of the surface tension and contact angle simultaneous measuring instrument was maintained at 0°, and the taper angle of the second channel was changed to 0.1°, 0.25°, 0.5°, 1°, 2°, 3°, and 7.5°. , The taper angle of the third channel is changed by twice the taper angle of the second channel (0.2°, 0.5°, 1°, 2°, 4°, 6°, 15°) while increasing the surface tension value of DI-water. each was measured.
도 7은 실험예에 따른 액체의 상승높이 측정 과정을 나타내는 도면이고, 도 8은 실험예에 따른 표면장력 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면이다. 이를 참고로, 채널에서의 액체의 상승높이는 이미지 처리 프로그램인 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 측정하였고, 표면장력 값은 MATLAB 소프트웨어를 사용하여 계산하였다.7 is a view showing a process of measuring the rising height of a liquid according to an experimental example, and FIG. 8 is a view showing a process of calculating a surface tension value according to an experimental example. For reference, the rising height of the liquid in the channel was measured using ImageJ software, an image processing program, and the surface tension value was calculated using MATLAB software.
3. 실험결과3. Experimental results
채널의 테이퍼 각도를 달리하면서 액체의 표면장력 값을 측정하고, 실제 이론값과 비교하였다.While changing the taper angle of the channel, the surface tension value of the liquid was measured and compared with the actual theoretical value.
도 9 내지 도 15는 실험예에 따른 채널별 액체의 상승높이를 촬영한 사진, 및 2개의 채널에 대해 산출된 액체의 표면장력 값을 나타내는 표이고, 도 16은 실험예에 따른 채널의 테이퍼 각도 차이(Δθ)별 표면장력 값의 상대오차(%)를 나타내는 그래프이다.9 to 15 are photographs of rising heights of liquids for each channel according to experimental examples, and tables showing surface tension values of liquids calculated for two channels, and FIG. 16 is a taper angle of a channel according to experimental examples. It is a graph showing the relative error (%) of the surface tension value for each difference (Δθ).
도 9 내지 도 15는 각각 3개 채널의 테이퍼 각도가 각각 0°, 7.5°, 15°인 경우(case 1), 0°, 3°, 6°인 경우(case 2), 0°, 2°, 4°인 경우(case 3), 0°, 1°, 2°인 경우(case 4), 0°, 0.5°, 1°인 경우(case 5), 0°, 0.25°, 0.5°인 경우(case 6), 0°, 0.1°, 0.2°인 경우(case 7)의 결과로서, 3개 채널 중 2개씩 조합하여, 즉 2개의 채널에 대해 상기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여, 각각의 경우 당 3개의 결과값을 산출하였다.9 to 15 show taper angles of three channels, respectively, when the taper angles are 0°, 7.5°, and 15° (case 1), 0°, 3°, and 6° (case 2), 0°, and 2°, respectively. , 4° (case 3), 0°, 1°, 2° (case 4), 0°, 0.5°, 1° (case 5), 0°, 0.25°, 0.5° (case 6), as a result of the case of 0 °, 0.1 °, 0.2 ° (case 7), by combining two of the three channels, that is, by applying [Equation 1] to the two channels, Three results were calculated for each case.
DI-water의 이론적인 표면장력 값은 72 mN/m으로 알려져 있는데, 채널의 테이퍼 각도가 작아질수록, 즉 case 1에서부터 case 7로 갈수록 표면장력 측정값이 이론값과 유사해졌다. 특히, 테이퍼 각도의 차이(Δθ)가 0.5°인 case 5부터 이론값과 측정값 간의 오차가 획기적으로 감소하였으며, case 7인 경우에는 이론값과 측정값이 거의 일치하였다.The theoretical surface tension value of DI-water is known to be 72 mN/m, and as the taper angle of the channel decreases, that is, from case 1 to case 7, the measured surface tension value became similar to the theoretical value. In particular, from case 5 where the difference in taper angle (Δθ) was 0.5°, the error between the theoretical value and the measured value decreased remarkably, and in the case of case 7, the theoretical value and the measured value were almost identical.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and within the technical spirit of the present invention, by those skilled in the art It is clear that modifications and improvements are possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.
10: 제1 채널
20: 제2 채널
30: 제3 채널
40: 투명 본체
50: 높이측정부
60: 정보처리부 10: first channel 20: second channel
30: third channel 40: transparent body
50: height measuring unit 60: information processing unit
Claims (12)
양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제1 테이퍼 각도(cone angle)를 가지는 원뿔대 형상의 제2 중공을 구비하는 제2 채널; 및
양단이 개방되고, 하단에서 상단으로 갈수록 반지름이 점점 커지도록 소정의 제2 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상의 제3 중공을 구비하는 제3 채널; 중 적어도 2개 이상의 채널을 포함하고,
상기 제1 테이퍼 각도는 상기 제2 테이퍼 각도보다 작으며,
2개 이상의 상기 채널의 하단으로 액체가 유입되어 모세관력에 의해 상승하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
a first channel having open ends and having a first hollow cylindrical shape having the same lower and upper radii;
a second channel having both ends open and having a truncated cone-shaped second hollow having a predetermined first taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top; and
a third channel having both ends open and having a third hollow in the shape of a truncated cone having a predetermined second taper angle so that the radius gradually increases from the bottom to the top; includes at least two or more channels of
The first taper angle is smaller than the second taper angle,
A simultaneous measuring instrument for surface tension and contact angle in which liquid flows into the bottom of two or more channels and rises by capillary force.
상기 채널 각각의 내면은 친수성인 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
The inner surface of each of the channels is a surface tension and contact angle simultaneous measuring device that is hydrophilic.
상기 채널은 투명 소재로 이루어지는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
The channel is a surface tension and contact angle simultaneous measuring instrument made of a transparent material.
내부에 상기 채널을 구비하는 투명 본체;를 더 포함하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
Simultaneous surface tension and contact angle measuring device further comprising a; transparent body having the channel therein.
상기 채널의 하단의 반지름은 0.3 ~ 0.8㎜인 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
The radius of the lower end of the channel is a surface tension and contact angle simultaneous measuring instrument of 0.3 to 0.8 mm.
상기 제1 테이퍼 각도는 1° 이하인 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
The first taper angle is a surface tension and contact angle simultaneous measuring instrument of 1 ° or less.
상기 제2 테이퍼 각도는 2° 이하인 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
The second taper angle is a surface tension and contact angle simultaneous measuring instrument of 2 ° or less.
상기 채널에서 상기 액체가 상승한 상승높이를 측정하는 높이측정부;를 더 포함하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
The method of claim 1,
A simultaneous surface tension and contact angle measuring device further comprising a height measurement unit for measuring a height at which the liquid rises in the channel.
상기 채널 중 적어도 2개에 대해 하기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 상기 액체의 표면장력 및 접촉각을 산출하는 정보처리부;를 더 포함하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정기.
[수학식 1]
(여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도임.)
The method of claim 1,
An information processing unit for calculating the surface tension and contact angle of the liquid by applying the following [Equation 1] to at least two of the channels and calculating the surface tension and contact angle of the liquid; Surface tension and contact angle simultaneous measuring device further comprising.
[Equation 1]
(Where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, and g is the gravitational acceleration.)
(b) 각각의 상기 채널 내에서 상승한 상기 액체의 상승높이를 측정하는 단계; 및
(c) 상기 채널 중 적어도 2개에 대해 하기 [수학식 1]을 적용하고 연립하여 상기 액체의 표면장력 및 접촉각을 산출하는 단계;를 포함하는 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법.
[수학식 1]
(여기서, r0는 채널의 하단 반지름, σ는 표면장력, θ는 접촉각, α는 채널의 테이퍼 각도, ρ는 액체의 밀도, h는 채널 내 액체의 상승높이, g는 중력가속도임.)
(a) immersing lower ends of at least two of the first channel, the second channel, and the third channel according to claim 1 in a liquid to raise the liquid;
(b) measuring a rising height of the liquid rising in each of the channels; and
(c) calculating the surface tension and contact angle of the liquid by applying the following [Equation 1] to at least two of the channels and calculating the surface tension and contact angle of the liquid; Method for measuring surface tension and contact angle simultaneously.
[Equation 1]
(Where r 0 is the bottom radius of the channel, σ is the surface tension, θ is the contact angle, α is the taper angle of the channel, ρ is the density of the liquid, h is the rising height of the liquid in the channel, and g is the gravitational acceleration.)
상기 제2 채널의 제1 테이퍼 각도는 1° 이하인 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법.
The method of claim 10,
The method of measuring surface tension and contact angle simultaneously, wherein the first taper angle of the second channel is 1 ° or less.
상기 제3 채널의 제2 테이퍼 각도는 2° 이하인 표면장력 및 접촉각 동시 측정방법.
The method of claim 10,
The method of measuring surface tension and contact angle simultaneously, wherein the second taper angle of the third channel is 2 ° or less.
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|---|---|---|---|
| KR1020220020123A KR20230123230A (en) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | Apparatus for simultaneous measuring surface tension and contact angle |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130078841A (en) | 2011-12-31 | 2013-07-10 | 서울대학교산학협력단 | Device for measuring surface tenstion and method for measuring surface tension |
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- 2022-02-16 KR KR1020220020123A patent/KR20230123230A/en not_active Application Discontinuation
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