测量电场下固液界面前进/后退角的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置及方法，将待测液滴放置于两带电极板之间，液滴分别与两带电极板接触，两带电极板在做合拢或分离运动过程中将对待测液滴产生压缩或拉伸作用，从而导致待测液滴的接触线在极板上发生向前或向后运动，通过高速摄像机记录下液滴在受到压缩和拉伸时的形态变化，通过图像处理获得待测液滴在电场下的前进/后退角。该方法对于上下极板、拉压装置、液滴种类、电场大小等参数可根据实验的具体情况进行调整，可进一步提高实验的准确性和兼容性，实现通过一个实验装置对多种液滴在不同环境下的前进/后退角的测量，能很好的满足测量电场下固液界面液滴前进/后退角的要求。

Device and Method for Measuring Forward/Backward Angle of Solid-liquid Interface under Electric Field

【技术实现步骤摘要】
测量电场下固液界面前进/后退角的装置及方法
本专利技术涉及一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置及方法，可用于精准测量不同材料和不同液滴在电场下的前进/后退角，属于测量

技术介绍
固液界面的润湿特性在药物开发、车辆防污、材料保护、玻璃自洁等方面都具有重要作用。液滴在固体表面的前进/后退角是固/液/气界面相互作用关系的宏观表现，是研究固液界面行为最重要的参数之一。通过电场控制微液滴的运动在微流体芯片、电润湿透镜、电子纸等行业具有广泛的应用，测量电场下固液界面前进/后退角是产品研发中的关键步骤，因此亟需研发一种能快速、准确测量电场下固液界面前进/后退角的方法。目前常用于测量液滴前进/后退角的方法有两种，一种为加/减液法，另外一种为倾斜板法。加/减液法通过接触角测量仪的微型泵将标准试液以预先设定流速滴加于待测固体表面，通过高速摄像头记录加/减液过程中固液界面接触线和接触角的变化情况，通过图像软件分析获得液滴的前进/后退角。该方法所使用的液滴为几种固定待测液体，若要测量特殊液滴的前进/后退角，需要进行繁琐的调试，极大的影响实验效率。倾斜板法是将待测液滴置于待测样品表面，将待测样品表面缓慢、匀速地倾斜，使液滴在重力的作用下发生形态改变并发生滚动，通过图像采集液滴滑动瞬间的形态，从而获得液滴的前进/后退角。该种方法以液滴重力为动力源，对液滴体积和待测表面的倾斜角度均有严苛的要求，操作不方便，实用范围较小。以上方法适用于测量无电场下液滴的前进/后退角。然而，测量电场下固液界面间液滴前进/后退角需要引入电场，而电场的引入可能会降低仪器的测试精度或造成仪器损坏。因此，上述测量方法均无法在电场条件下完成前进/后退角的测试，因此，亟待开发一种操作便捷、测量精度高、能适用于电场环境、精确快速的测量固液界面间液滴前进/后退角的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置，包括：塑料透明操作箱；水平底板，其设置在塑料透明操作箱内；电动位移平台，其通过支撑架连接在水平底板的上方；且所述电动位移平台的伸缩平台朝向所述水平底板；铜板，其连接在水平底板上；下极板，其通过导电凝胶粘结在铜板上；导电拉压杆，其一端连接在电动位移平台的伸缩平台上，另一端通过导电凝胶粘结在上极板上，以使所述上极板位于下极板的上方，且所述上极板和下极板形成液滴容纳空间；电源，其设置在水平底板上，所述电源的正极与不锈钢拉压杆连接，负极与铜板连接；高速摄像机，设置在水平底板上，且所述高速摄像机的摄像头对准上极板和下极板形成的液滴容纳空间。优选的是，所述下极板包括：硅片、镀在硅片上的绝缘层和涂覆于绝缘层上的疏水层。优选的是，所述绝缘层为200～400nm的SiO2涂层，所述疏水层为特氟龙层。优选的是，所述上极板包括：硅片和涂覆于绝缘层上的疏水层。优选的是，所述导电拉压杆为不锈钢拉压杆。本专利技术还提供一种采用上述的装置测量电场下固液界面前进/后退角的方法，包括以下步骤：步骤一、将待测固体表面切割后得到极板原料，然后对极板原料进行清洗和干燥处理，采用极板原料制备下极板和上极板；步骤二、采用导电材料制作成导电拉压杆，使用导电凝胶将导电拉压杆的一端粘结于电动位移平台的伸缩平台上；步骤三、将上极板通过导电凝胶粘结在导电拉压杆的另一端，将下极板通过导电凝胶粘接在铜板上，并将铜板安装于水平底板上，使上极板与拉压杆、下极板和铜板分别处于导通状态，将电源的正极与导电拉压杆连接，负极与铜板连接；步骤四、在铜板表面的下极板上滴加待测液滴，调节电动位移平台使导电拉压杆末端的上极板位于液滴正上方约5mm处，开启电源设定电压值；步骤五、开启高速摄像机记录实验过程，开启电动位移平台使其按设定速度运动，使上极板、下极板与待测液滴接触并完成合拢和分离动作，从而使待测液滴完成压缩和拉伸运动，使待测液滴的接触线发生向前和向后移动；步骤六、将高速摄像机采集的图像数据进行处理后，测量出液滴在受到压缩时和拉伸时的前进角和后退角。优选的是，所述步骤一的具体过程为：将表面镀有200～400nm的SiO2涂层的硅片切割为15mm×15mm标准样品，随后对标准样品进行超声波清洗5min，用吸水纸吸取表面的水分，将其干燥，保持表面干净清洁；将清洁后的标准样品置于台式匀胶机，旋涂特氟龙乳液；台式匀胶机旋涂参数为：低速500r/min状态下旋涂20s；高速3000r/min状态下旋涂30s；最后将旋涂过的实验样品放置于200℃烤箱中烘烤2h后待其自然冷却，得到下极板；将纯硅片样品表面喷涂疏水液，放置自然干燥，得到上极板；所述上极板的表面疏水性小于下极板的表面疏水性，即上极板的表面接触角小于下极板的表面接触角。优选的是，所述导电拉压杆的制备方法为：取长度为80～150mm，外径为0.5mm，内径为0.25mm的不锈钢管制成导电拉压杆。优选的是，所述步骤四中，电压值为0～200V；所述步骤五中，电动位移平台的移动速度为0.01～0.02mm/s。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)本专利技术可操作性强，制造成本低廉，操作人员可根据实际的情况灵活调整。(2)本专利技术不需要调整实验方案即可实现对多种液体的测量，可在电场和其他氛围下进行测量，避免加/减液法繁琐的更换试液的工作，对液滴体积和性质没有特殊要求。(3)本专利技术的实验过程可在常温、常压下进行，无需无尘、恒温、恒湿等特殊的实验环境；同时检测时间短，4～5分钟即可完成一组实验，可大幅度增加实验效率。(4)本专利技术的测量方法适合测量各种表面和液体在电场下的前进/后退角，具有使用便捷、适用范围广、测量精度高的特点，能很好的满足测量电场下固液界面前进/后退角的要求。(5)本专利技术方法是适用于测量电场下液体前进/后退角，在电场下使用传统测量方法液体极易发生不对称变形，一旦发生不对称变形，拟合曲线函数将会产生极大的不准确性，由此测量出的液体左右两侧角度将会出现较大的误差。但在本专利技术中通过上下两极板的约束作用，将会有效的防止电场下液滴不对称变形的产生，提高了测量的精度和准确性。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术测量电场下固液界面前进/后退角的装置的结构示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。图1示出了本专利技术的一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置，包括：塑料透明操作箱1；水平底板2，其设置在塑料透明操作箱1内；电动位移平台7，其通过支撑架3连接在水平底板2的上方；且所述电动位移平台7的伸缩平台朝向所述水平底板2；铜板11，其连接在水平底板2上；下极板8，其通过导电凝胶粘结在铜板11上；导电拉压杆12，其一端连接在电动位移平台7的伸缩平台上，另一端通过导电凝胶粘结在上极板10上，以使所述上极板10位于下极板8的上方，且所述上极板10和下极板8形成液滴容纳空间；电源5，其设置在水平底板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，包括：塑料透明操作箱；水平底板，其设置在塑料透明操作箱内；电动位移平台，其通过支撑架连接在水平底板的上方；且所述电动位移平台的伸缩平台朝向所述水平底板；铜板，其连接在水平底板上；下极板，其通过导电凝胶粘结在铜板上；导电拉压杆，其一端连接在电动位移平台的伸缩平台上，另一端通过导电凝胶粘结在上极板上，以使所述上极板位于下极板的上方，且所述上极板和下极板形成液滴容纳空间；电源，其设置在水平底板上，所述电源的正极与不锈钢拉压杆连接，负极与铜板连接；高速摄像机，设置在水平底板上，且所述高速摄像机的摄像头对准上极板和下极板形成的液滴容纳空间。

【技术特征摘要】
1.一种测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，包括：塑料透明操作箱；水平底板，其设置在塑料透明操作箱内；电动位移平台，其通过支撑架连接在水平底板的上方；且所述电动位移平台的伸缩平台朝向所述水平底板；铜板，其连接在水平底板上；下极板，其通过导电凝胶粘结在铜板上；导电拉压杆，其一端连接在电动位移平台的伸缩平台上，另一端通过导电凝胶粘结在上极板上，以使所述上极板位于下极板的上方，且所述上极板和下极板形成液滴容纳空间；电源，其设置在水平底板上，所述电源的正极与不锈钢拉压杆连接，负极与铜板连接；高速摄像机，设置在水平底板上，且所述高速摄像机的摄像头对准上极板和下极板形成的液滴容纳空间。2.如权利要求1所述的测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，所述下极板包括：硅片、镀在硅片上的绝缘层和涂覆于绝缘层上的疏水层。3.如权利要求2所述的测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，所述绝缘层为200～400nm的SiO2涂层，所述疏水层为特氟龙层。4.如权利要求1所述的测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，所述上极板包括：硅片和涂覆于绝缘层上的疏水层。5.如权利要求1所述的测量电场下固液界面前进/后退角的装置，其特征在于，所述导电拉压杆为不锈钢拉压杆。6.一种采用如权利要求1～5任一项所述的装置测量电场下固液界面前进/后退角的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将待测固体表面切割后得到极板原料，然后对极板原料进行清洗和干燥处理，采用极板原料制备下极板和上极板；步骤二、采用导电材料制作成导电拉压杆，使用导电凝胶将导电拉压杆的一端粘结于电动位移平台的伸缩平台上；步骤三、将上极板通过导电凝胶粘结在导电拉压杆的另一端，将下极板通过导电凝胶粘接在铜板上，并将铜板安装于水平底板上，使上极板...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚锋，汤程，吴晓兰，王永宁，余家欣，何洪途，齐慧敏，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51