本实用新型专利技术公开了一种除冰润湿性表征的测试装置，属于界面化学测量技术领域。它包括了底板、支架、背景光源和电气控制系统、电磁阀进液系统、成像系统、样品台及其控制平移台和光学旋转平台。本实用新型专利技术通过改变微量注射泵和高速响应电磁阀形成微升至纳升不同体积的液滴，测试不同体积条件下的接触角值、滚动角值、体积值以及基于蒸发原理的滞后接触角值，表征除冰材料的润湿性，本专利可以大大提升除冰的表征的有效性，可广泛应用于航空航天、电力、仿生材料、新材料等领域，具有极大的应用和推广价值。推广价值。推广价值。
【技术实现步骤摘要】
一种除冰润湿性表征的测试装置
[0001]本技术涉及一种除冰润湿性表征的测试装置，属于界面化学测量
技术介绍
[0002]液滴在表面的结冰对于航空航天领域的影响是至关重要的。超疏水仿生材料的研制是目前有效解决结冰现象的关键技术。根据现有的界面化学领域接触角理论，结冰研究的关键技术要点包括：（1）表面形貌分析；（2）表面润湿性分析；（3）表面温度。而表面润湿性的分析在结冰，特别是超疏水材料结冰技术中尤其重要。表面润湿性分析需要进行：(1)基于表面结构的接触角滞后性测量；（2）液滴撞击，或称液滴弹跳（Drop Bouncing）;（3）接触角值及其滚动角值。
[0003]现有润湿性测量的装置中，通常采用微量进液器及四氟乙烯针头（或镀铁氟龙或疏水液针头）的方式进行液滴滴出。由于在针头下方形成悬挂液时并转移到超疏水表面时，疏水材料表面的表面自由能远低于针头表面自由能的影响，通常形成的液滴量大于5uL。单液滴微量进液的现有技术还包括了：（1）气动控制点胶阀。包括已经较长时间被广泛采用的点胶机的点胶阀。同样的技术在专利《接触角测量设备》（专利号：201510172280 .9）中被简单引用。该专利提出了一种基于气压阀以及气压调整控制系统的液体量配装置，但是由于气压控制的精度、气阀的控制时间精度、储液装置及其液体流控制方式等所限，液滴流通常较大（如专利所述45uL/s），喷射单滴液滴量通常大于1uL。（2）压电陶瓷点胶阀。该装置可以喷射出皮升、纳升液滴。但是，与气压喷射点胶阀一样，这两种阀门仅仅能够喷射出液滴而无法形成有效的悬挂滴。由接触角测试流程所知，欲测试重复性高、精度高、可信度高的接触角值的前置必要条件为测试探针液体的表面张力值，以确保探针液体的数据重复性。总而言之，微量进液器注射泵及针头进液量过大，气压喷射点胶阀的进液量过大，气压喷射点胶阀及其压电陶瓷点胶阀无法形成有效悬挂液滴等，使用目前润湿性测量技术仅限于：（1）只能测量大于微升级液滴的接触角及滚动角、液滴弹跳效果；或（2）采用压电陶瓷点胶阀测量纳升级液滴时无法确保测值的重复性和数据可靠性。
[0004]在技术所限时，润湿性测量中的接触角及滚动角测试方法通常为：（1）如果是采用微量进液器及针头注射泵技术时，在样品表面通过自由落滴形成一个尽量小的液滴，通常大于5uL或更大；如果是采用气压喷射点胶阀或压电陶瓷点胶阀时，直接在液滴表面喷射一个液滴。（2）测试随时间变化的接触角并同时转动样品台，测试随时间变化的滚动机构的角度值。（3）记录下滚动时的滚动角度值及其接触角值。
[0005]润湿性测量中的弹跳效果测量通常仅采用自由跳滴的方式进行分析，尚未有考虑纳升级液滴时的弹跳效果的表征。
[0006]在表面结构影响的接触角滞后性评估中，通常采用如上接触角及滚动角测量流程中的左、右接触角作为前进后退角值，分析重力影响条件下的滞后性影响。
[0007]表面结构仿生材料的研制通常其考察的结构为微米或纳米级结构，因而，液滴量的量纲级别应至少为纳米至微升级较大的范围。特别是航空航天领域，结冰的水滴为纳升
级别同样会造成致命影响。实验也证明，液滴量在纳升级别时的水滴的滚动角、弹跳以及接触角滞后均与纳升级的现象完全不一样。对于纳升级的液滴而言，液滴接触角150
°
以上时，滚动角小于5
°
或更小，但是当液滴量达到0.1微升（100纳升）时，很多液滴就不会滚走；当液滴接触角150
°
以上时，液滴量微升级别时较容易由于重力作用力与反作用力影响，液滴能够在固体表面形成一个时间段时的弹跳，但是当液滴量为0.1微升（100纳升）时，液滴不会形成弹跳；而且，气动喷射点胶阀或压力陶瓷阀时，由于气压要求较高，通常会形成额外压力影响测值效果。
[0008]根据液滴蒸发原理，根据液滴蒸发过程的液滴形态，通常蒸发过程的液滴表现为：（1）恒接触半径模型( Constant Contact Radius Model，CCR) ，即蒸发过程中液滴接触角不断变小而接触面积保持不变; （2）恒接触角模型( Constant Contact Angle Model，CCA) ，即蒸发过程中液滴接触角不变，接触半径不断变小; 以及（3）混合模型( Mixed Model) ，即蒸发过程中液滴接触角和接触半径均不断减小。同时，在液体蒸发过程中将会出现“钉扎”、“再针扎”现象。根据现有文献资源来看，如上的研究均是以微升级别液滴量作为研究量纲。而事实上，在体积改变即重力对于体积的影响改变时，如上现象会出现明显变化。如以微升量纲级别的亲水材料在现有文献材料中通常仅观察到了CCR模式，但是在纳升级别如50纳升时，液体同样会出现CCA模式。对于超疏水材料表面，在液滴量的量纲到纳升级时，同样会出现CCR模式。根据界面化学基础原理，停滴液滴时，如果表面无结构、化学多样性不存在时，理论上会出现的现象是先CCA模式，在液滴量小到皮升级时，将出现CCR模式，即所有的样品表面均会出现混合模式。而且，如上的模式分类仅仅是一种现象的解释而没有界面化学领域的解释。事实上，由于表面结构以及化学多样性的存在，CCA模式阶段即说明材料的化学多样性以及表面结构导致的接触角滞后并不明显。在排队重力以及线性表面张力影响时，CCR模式阶段代表表面存在结构出现接触角滞后，这个阶段也是钉扎阶段。因而，改变液滴的体积量纲，分析蒸发过程中的接触角作对评估滞后性接触角非常重要。
[0009]如何有效地表征除冰的润湿性，达到更大的量纲级以及更有效地评估除冰效果，为仿生除冰技术应用于航空航天、电力、新材料等领域研究提供更为科学的先进工具，成为了界面化学测量领域亟待解决的问题。
技术实现思路
[0010]本技术所要解决的技术问题在于：提供一种除冰润湿性表征的测试装置，它解决现有进液技术液滴量纲问题导致的无法有效评估除冰效果的问题，得到更为可靠、精确的除冰效果润湿性评估效果。
[0011]本技术所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
[0012]一种除冰润湿性表征的测试装置，包括主底板、背景光源和电气控制系统的箱体、电磁阀进液系统、支架、成像系统、滚动机构左侧支架、样品台及其控制平移台机构、滚动机构底板、底板、滚动机构右侧支架和光学旋转平台；
[0013]所述支架上依次固定连接有进液系统X轴滑台和进液系统Z轴移动滑台，所述进液系统Z轴移动滑台与电磁阀进液系统固定连接；
[0014]所述电磁阀进液系统包括顶针固定座、进液器顶针、进液器主体、进液器主体固定座、转接头、连接件、高速电磁阀、电机、电机安装座、导轨滑块、滑块、丝杆螺母、导轨、丝杆、
进液系统底座、电磁阀壳、线路板、喷射针头；
[0015]所述导轨与导轨滑块套装后，并安装到进液系统底座上，所述电机安装座安装到进液系统底座上，所述电机安装到电机安装座上，且所述电机的转子与丝杆为一体式的或电机与丝杆通过联轴器连接，所述丝杆的另一端与进液系统底座连接，所述丝杆螺母套装在丝本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种除冰润湿性表征的测试装置，其特征在于：包括主底板（10）、背景光源和电气控制系统的箱体（1）、电磁阀进液系统（2）、支架（5）、成像系统（6）、滚动机构左侧支架（8）、样品台及其控制平移台机构（9）、滚动机构底板（11）、底板（12）、滚动机构右侧支架（14）和光学旋转平台（16）；所述支架（5）上依次固定连接有进液系统X轴滑台（4）和进液系统Z轴移动滑台（3），所述进液系统Z轴移动滑台（3）与电磁阀进液系统（2）固定连接；所述电磁阀进液系统（2）包括顶针固定座（201）、进液器顶针（202）、进液器主体（203）、进液器主体固定座（204）、转接头（205）、连接件（206）、高速电磁阀（207）、电机（208）、电机安装座（209）、导轨滑块（210）、滑块（211）、丝杆螺母（212）、导轨（213）、丝杆（214）、进液系统底座（215）、电磁阀壳（216）、线路板（217）、喷射针头（218）；所述导轨（213）与导轨滑块（210）套装后，并安装到进液系统底座（215）上，所述电机安装座（209）安装到进液系统底座（215）上，所述电机（208）安装到电机安装座（209）上，且所述电机（208）的转子与丝杆（214）为一体式的或电机（208）与丝杆（214）通过联轴器连接，所述丝杆（214）的另一端与进液系统底座（215）连接，所述丝杆螺母（212）套装在丝杆（214）上，并安装到滑块（211）上，所述滑块（211）安装到导轨滑块（210）上，所述顶针固定座（201）与滑块（211）固定连接，所述进液器主体固定座（204）与进液系统底座（215）固定连接，构成微量进液器注射泵机构；所述进液器顶针（202）夹持到顶针固定座（201）上，所述进液器主体（203）夹持到进液器主体固定座（204）上，所述转接头（205）与进液...
【专利技术属性】
技术研发人员：施建辉，刘俊勇，
申请(专利权)人：上海梭伦信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。