СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G01N13/02 G01B11/26 

Изобретение относится к области измерений физико- химических свойств жидкостей и расплавов и может быть использовано для оценки степени гидрофильности твердых поверхностей различными жидкими средами.

Известны методы определения величины краевого угла смачивания, например метод определения капиллярной постоянной и краевого угла смачивания жидкостей или расплавов путем погружения в жидкость или расплав смачиваемого этой жидкостью твердого тела (см. авторское свидетельство N (II) 434296 G 01 N 13 (02)), который является близким по технической сути и предлагаемому способу определения краевого угла θ, а также способ определения краевого угла смачивания как отношения радиуса капиллярной трубки к радиусу кривизны поверхности жидкости в трубке, описанный в "Физическом практикуме" под ред. проф. В.И. Ивереновой, ГИ ФМЛ, М., 1962 стр. 205-206.

Первый из указанных известных способов не обеспечивает необходимой точности измерения из-за большой погрешности измерения координаты экстремальной точки образующей X_э (фиг. 1) поверхности жидкости или расплава при их капиллярном подъеме. По полученным, по крайней мере, для двух различных углов α наклона граней значениям X_э получают искомую величину краевого угла смачивания θ из выражения

Как видим, выражение (1) является достаточно громоздким, поэтому непосредственное определение значения краевого угла смачивания θ представляет значительную трудность.

Во втором указанном способе определение величины краевого угла смачивания сводится к выражению

где r - радиус сечения трубки (капилляра);
R - радиус кривизны поверхности жидкостей в трубке.

В данном способе наибольшую трудность представляет определение с достаточно приемлемой точностью значения R, т.е. данный способ также не обеспечивает необходимой точности измерения краевого угла смачивания θ.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и надежности измерения величины краевого угла смачивания и упрощение процесса измерения.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На исследуемую поверхность наносится 60-70 капель жидкости, свободно распределяющейся на горизонтальной твердой поверхности. Затем измеряется толщина жидкой пленки с последующим определением краевого угла смачивания.

Как показывает вариационный анализ, толщина δ тонкого слоя жидкости в этом случае определяется выражением

где α - капиллярная постоянная, определяется по формуле ;
σ - поверхностное натяжение;
g - ускорение свободного падения;
ρ′ - плотность жидкости.

Толщина δ тонкого слоя жидкости (фиг. 2) определяется с помощью микроскопа по выражению

где Δ - разность действительной и кажущейся толщины слоя жидкости, определяемая при помощи микрометрического винта микроскопа, n - показатель преломления исследуемой жидкости.

Так как величина δ зависит от величины краевого угла смачивания θ и определяется выражением то
Откуда
Предлагаемый способ определения величины краевого угла смачивания отличается от известных способов тем, что величину краевого угла θ определяют с использованием толщины δ жидкой пленки, которая определяется с достаточно высокой точностью оптическим методом, при этом увеличивается надежность и точность измерения, а также упрощается сам процесс измерения.

Использование: в молекулярной физике, теплофизике, физической химии. Сущность изобретения: способ определения величины краевого угла смачивания, заключающийся в вычислении величины краевого угла смачивания по формуле где n - показатель преломления исследуемой жидкости; Δ - разность действительной и кажущейся толщины слоя жидкости; а - капиллярная постоянная исследуемой жидкости. Технический результат - повышение точности и простоты измерений величины краевого угла смачивания. 2 ил.

Способ определения величины краевого угла смачивания, заключающийся в использовании тонкого слоя жидкости на горизонтальной твердой поверхности, отличающийся нанесением на исследуемую поверхность 60 - 70 капель жидкости, свободно распределяющейся по исследуемой подложке, определением разности действительной и кажущейся толщины слоя жидкости оптическим методом (микроскопом) и вычислением величины краевого угла смачивания по формуле

где n - показатель преломления исследуемой жидкости;
Δ - разность действительной и кажущейся толщины слоя жидкости;
a - капиллярная постоянная исследуемой жидкости.