一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102621042A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102621042A(43)申请公布日2012.08.01(21)申请号201210127093.5(22)申请日2012.04.27(71)申请人南京大学地址210093江苏省南京市汉口路22号(72)发明人王庆军薛健朱林王媛怡丁国伟陈庆民(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人巫士华(51)Int.Cl.G01N13/00(2006.01)G05D27/02(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图33页(54)发明名称一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置(57)摘要本发明属于化学测量技术领域，具体为一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置。温度控制系统精确控制试样盒内温度，温度范围-20℃～+200℃，湿度控制系统控制相对湿度范围0%～100%，真空/压力控制系统包括了高压系统和真空系统，压力控制范围10-6Pa～8.5MPa，防凝雾装置防止玻璃窗口表面凝雾，高速摄像系统获取测试液滴轮廓图像，图像采样速度可达140万帧/秒，最高分辨率达1280×800，图像采样数据通过数据线传输至计算机系统，利用软件根据Young-Laplace方程对图像进行拟合，获得液滴的接触角、滚动角、前进角、后退角、粘弹性。本装置自动化程度高，测试精确，实验结果重复性好，适用于宽温域、广湿度、高压、负压体系测量液滴接触角、滚动角、前进角、后退角、滞后角。CN10264ACN102621042A权利要求书1/1页1.一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置，包括：机架（10）、控温系统（1）、控湿系统（2）、转动系统、LED冷光源（4）、高速摄像系统（9）、计算机系统（11）、试样盒（6）内装有温度传感器（12）和湿度传感器（13）与计算机系统连接,其特征是试样盒内有圆柱形的样品室（8），试样盒开有连通样品室到试样盒外的管路（27），其接口（23）分别与控湿系统和真空/压力控制系统（3）连接；样品室壁上沿直径方向对面两侧装有光学石英玻璃窗口（17），光学石英玻璃窗口外装有防止玻璃窗口表面凝雾的装置（14）；试样盒上有滴液口（18），通过滴液口将实验液体滴到待测样品表面；试样盒通过转动支架（5）固定在机架上，位于LED冷光源与摄像镜头之间；LED冷光源、转动支架、高速摄像系统安装于机架上；LED冷光源通过光学石英玻璃窗口照亮测试液滴，高速摄像系统通过对面的光学石英玻璃窗口获取测试液滴图像数据；温度、湿度、压力、图像数据、转动信号通过数据线传递给计算机系统，由计算机系统控制控温系统、控湿系统、真空/压力控制系统、转动系统和高速摄像系统。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于真空/压力控制系统包括：高压气体钢瓶/真空泵、蓄能器、压力传感器（26）、电磁阀（25），压力控制范围10-6Pa～8.5MPa，控制精确度为±1%。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于防止玻璃窗口表面凝雾的装置是一个环形气室,固定在光学石英玻璃窗口外的试样盒上，气室的内侧开有2～12个吹气孔（16），吹气孔的角度为α=20～45°,孔的直径为0.5～5mm，以保证吹出的气体能够覆盖整个石英玻璃窗口表面，吹气孔通过吹气口（15）接干燥的氮气吹扫石英玻璃表面,防止光学石英玻璃窗口表面凝雾。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于高速摄像系统包括高速摄像机和图像处理软件；高速摄像机速度达到140万帧/秒，最高分辨率1280×800;图像处理软件具有实时监测、图像下载、文件管理、图像处理、运动分析功能。2CN102621042A说明书1/5页一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置技术领域[0001]本发明涉及一种宽温域、广湿度、高压、负压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置，属于化学测量技术领域。技术背景[0002]超疏水现象在自然界中是广泛存在的，例如：荷叶的表面就具有很强的疏水性和自洁净功能；蝴蝶的翅膀、水黾的脚、水鸟的羽毛都具有超强的疏水性能。目前通过研究和模仿天然植物叶片，大量具有优良自清洁效应的仿生表面层出不穷。如果能够更加深入地了解超疏水表面的作用机理，对于设计和制造新型超疏水、自清洁表面无疑具有重要的指导作用和实用价值。滚动角是液滴在倾斜表面上发生滚动时的临界角度，以及在滚动的瞬间，液滴的前进角，后退角以及滞后角是判断动态超疏水性和自清洁效应的重要标准，因此不同条件下滚动角、前进角，后退角以及滞后角的测量成为研究的热点。[0003]同时，目前研究方向主要是在不同的温度和湿度条件下材料表面接触角和滚动角的变化，对不同压力下接触角和滚动角的研究很少。