СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ, ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМ ВЕЩЕСТВОМ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ Российский патент 2014 года по МПК G01N13/00 B82B3/00 

Изобретение относится к области оценки поверхностных свойств материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в различных отраслях промышленности: химической, кожевенной и меховой, легкой, пищевой, медицинской, строительной индустрии и т.д., а также в разных областях знаний.

Известны способы определения поверхностной активности веществ, среди которых наибольшее применение получили два способа, это по краевому углу смачивания и поверхностному натяжению. Основные характеристики поверхностной активности в последующем используют для расчета адсорбции, работы адсорбции, поверхностной активности и т.д. По этим параметрам судят о способности веществ эмульгировать, суспензировать или образовывать пены, а по способности веществ понижать поверхностное натяжение судят об их поверхностной активности. По величине краевого угла смачивания судят о гидрофильности или гидрофобности поверхности, на которой его определяют, и используют его для оценки смачивающей способности жидкостей и растворов различных веществ (см. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А.Абрамзон, Л.Е.Боброва, Л.П.Зайченко и др., под ред. А.А.Абрамзона и Е.Д.Щукина. - Л.: Химия, 1984 г., с.392, ил. на с.165).

Известен способ определения поверхностного натяжения по методу отрыва кольца, который заключается в «…определении силы, необходимой для отрыва жидкости, смочившей кольцо, от поверхности жидкости. При отрыве кольца вытягивается шейка жидкости и после отделения кольца на нем должны остаться по всему периметру капельки нижней фазы» (см. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А.Абрамзон, Л.Е.Боброва, Л.П.Зайченко и др., под ред. А.А.Абрамзона и Е.Д.Щукина. - Л.: Химия, 1984 г., с.392, ил. на с.167).

Известен способ определения краевого угла смачивания, который осуществляют «непосредственно по профилю капли с помощью микроскопа, снабженного гониометром, или же каплю фотографируют» (см. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А.Абрамзон, Л.Е.Боброва, Л.П.Зайченко и др., под ред. А.А.Абрамзона и Е.Д.Щукина. - Л.: Химия, 1984 г., с.392, ил. на с.174).

Однако и краевой угол смачивания и поверхностное натяжение в некоторых условиях не дают достаточно полной характеристики растворов по поверхностной активности из-за невозможности их определения или малой изменчивости определяемого показателя от различных условий, например концентрации веществ, температуры, применения веществ неактивных или изменяющих поверхностную активность и т.д. А повышение точности определения, например поверхностного натяжения, требует повышенной чистоты исследуемого материала (см. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А.Абрамзон, Л.Е.Боброва, Л.П.Зайченко и др., под ред. А.А.Абрамзона и Е.Д.Щукина. - Л.: Химия, 1984 г., с.392, ил. на с.164).

Кроме того, для определения работы адсорбции, смачивания или растекания необходимо знание других параметров, определение которых связано со значительными сложностями или их невозможно определить по причинам отсутствия достоверных методов определения.

Введение поверхностно активных веществ (ПАВ) в жидкость изменяет поверхностное натяжение не более чем на порядок, а краевой угол смачивания от 0 до 180°, следовательно, разделить или идентифицировать ПАВ по этим показателям практически невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения количества перемещаемой жидкости поверхностно-активным веществом, который выполняют следующим образом: на стол с регулируемым уровнем горизонтальности поверхности укладывают пластину из материала, свойства поверхности которого необходимо исследовать. Для удержания на исследуемой поверхности некоторого слоя жидкости, например, толщиной 0,1-1 мм, на материал наносят окружность из гидрофобного вещества, если жидкость полярная, или гидрофильного вещества, если жидкость или растворы различных веществ, влияние которых необходимо исследовать, не полярные. Затем устанавливают видеокамеру или кинокамеру так, чтобы ограничительная линия и центр ограничивающей фигуры были четко видны в видоискателе и по возможности занимали всю площадь кадра (настройка резкости изображения). После настройки резкости изображения устанавливают линейку с ценой деления 1 мм и фиксируют камерой для последующего масштабирования измерений. Линейку устанавливают перпендикулярно оптической оси объектива, фиксирующей процесс камеры точно по диаметру окружности. После чего линейку убирают. В ограниченную гидрофильным или гидрофобным веществом окружность вносят исследуемую жидкость в количестве, необходимом для создания слоя жидкости, выбранной исследователем толщины. Точно над центром ограничивающей фигуры, например окружности, устанавливают калиброванный по массе капли и диаметру капилляра наконечник пипетки так, чтобы капля из нее опускалась по возможности точно в центр фигуры. Край наконечника пипетки устанавливают на высоте от 4 до 30 мм. Осветитель рассеянного света с нанесенными на его светящуюся поверхность темными линиями в виде сетки или с установленной на ней светящейся поверхности сеткой из непрозрачного материала или сеткой, нанесенной на прозрачный материал, устанавливают так, чтобы отраженное от поверхности исследуемой жидкости изображение сетки в фиксирующей камере было четко видно (см. патент RU №2362979, МПК G01H 9/00, опубл. 27.07.2009 г., бюл. №21).

Камеру включают на фиксацию изображения, одновременно для определения объема капли в момент отрыва от капилляра пипетки включают камеру, фиксирующую в увеличенном масштабе каплю, и каплю раствора ПАВ или исследуемой жидкости вносят в центр окружности. Кадры, зафиксировавшие процесс перемещения жидкости, последовательно изучают, определяя расстояние от центра падения капли до основания «волны перемещения» и в соответствии с масштабом переводят в единицы длины. Определяют диаметр капли в момент отрыва от капилляра пипетки. Если необходимо определить или сопоставить свойства ПАВ, можно воспользоваться «стандартной» поверхностью, в качестве которой может быть использована гидрофобная термостойкая пленка или писчая бумага, или бумага с модифицированной поверхностью, например желатином. При работе с бумагой на нее наносят окружность с необходимым внутренним диаметром из гидрофобной краски, например раствор гудрона. Ширина линии ограничивающей фигуры 5-6 мм. Бумагу с нанесенной на нее ограничительной фигурой замачивают в растворителе, например в воде в течение 10 минут, и накладывают на стол или уложенную на него плоскопараллельную пластину (толстое стекло). При этом бумагу расправляют и из-под нее удаляют воздух выдавливанием с помощью стеклянной трубки с закругленными концами, например пипеткой диаметром 10-15 мм, или другим приспособлением, например валиком для прикатывания фотографий для глянцевания. На площадь бумаги, ограниченную нанесенными линиями (окружность, квадрат), наносят исследуемую жидкость в количестве, необходимом для создания слоя толщиной, определяемой условиями опыта. В центр устанавливают наконечник пипетки, включают фиксирующие камеры и вносят в центр ограничительной фигуры каплю раствора испытуемого поверхностно- активного вещества (см. патент RU №2362141, МПК G01N 13/00, опубл. 20.07.2009 г., бюл. №20).

Однако известные способ и устройство применимы для характеристики материалов, имеющих протяженные площади и размеры. Для материалов малых площадей их применение затруднено, так как необходимо нанести на поверхность материала ограничительную окружность или бортик, а также найти инструмент для получения капли малых размеров и определить ее объем.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего измерять поверхностные свойства материалов, имеющих малые размеры или находящихся в разных агрегативных состояниях для различных веществ, в том числе и пористых, насыпных, например, порошкообразных, небольшой площади.

Технический результат изобретения заключается в установлении количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, и скорости ее перемещения, в получении новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов.

Технический результат достигается тем, что в способе определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, предусматривающем использование ограничительной окружности для создания слоя жидкости заданной толщины, внесение капли раствора поверхностно-активного вещества на поверхность слоя жидкости известной толщины, фиксирование наибольшего радиуса перемещенной жидкости видео- или кинокамерой, определение количества перемещаемой жидкости по плотности жидкости и объему слоя жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, который определяют по наибольшему радиусу слоя перемещенной жидкости и первоначально известной толщине слоя жидкости, согласно изобретению для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества, способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активным веществом воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы, для чего изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка помещают в центр ограничительной окружности, нанесенной на легко сменяемую поверхность или в кювету с известной внутренней площадью, и накрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины, затем заполняют капилляр обмакиванием в поверхностно-активное вещество, например изопропиловый спирт, выдерживают его в течение 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт, для испарения с внешней поверхности капилляра поверхностно-активного вещества, включают видео- или кинокамеру и устанавливают заполненный капилляр на высоте 1-6 мм над центром поверхности изучаемого материала, фиксирование происходящих изменений продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости, отснятый видеоматериал просматривают на компьютере и определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченном на перемещение, которое определяют по разности между отснятыми кадрами и скорости съемки, а также объем перемещаемой жидкости во времени.

Отличительными признаками заявляемого способа определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, являются:

- использование для перемещения жидкости поверхностно-активных веществ, способных переходить в газовую фазу при комнатных температурах, позволит без внесения капли раствора поверхностно-активного вещества осуществить перемещение жидкости;

- воздействие поверхностно-активным веществом на слой жидкости, находящейся на поверхности из газовой фазы, позволит использовать в качестве объектов исследований сыпучие и порошкообразные материалы, что невозможно при внесении капли раствора ПАВ;

- помещение изучаемого материала в центр ограничительной окружности в виде пластины или в виде порошка в кювету с известной внутренней площадью на легко сменяемой поверхности позволит расширить ассортимент изучаемых материалов;

- определение скорости перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченном на перемещение, и определяемое по разности между отснятыми кадрами и скорости съемки позволит характеризовать изучаемые материалы новым показателем, ранее не использованным для этих целей;

- определение объема перемещаемой жидкости во времени позволит внести новую характеристику для изучаемых материалов.

Таким образом, новая совокупность отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения «Способа определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе», обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в установлении количества перемещаемой жидкости, скорости ее перемещения и получении новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе и порошкообразных наночастиц и наноматериалов.

Поиск по патентной документации и научно-технической литературе не выявил аналогов, включающих совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым отличительным признакам, изложенным в формуле изобретения.

Предлагаемый способ определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, поясняется фигурами, на которых изображены отснятые кадры:

на фиг.1 изображено начало перемещения жидкости поверхностно-активным веществом - изобутиловый спирт и образование «черных пленок жидкости» при измерении свойств алюминиевой пластины;

на фиг.2 изображено продолжение перемещения жидкости поверхностно-активным веществом - изобутиловый спирт при измерении свойств алюминиевой пластины;

на фиг.3 изображено перемещение жидкости по поверхности кремния при толщине слоя 0,4 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 3,5 мм. Диаметр пластины 30 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 13,6 сек. Скорость перемещения 5,27 мм/сек;

на фиг.4 изображено перемещение жидкости по поверхности «лития» при толщине слоя 0,4 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 3,5 мм. Пластина неправильной формы (четверть круга диаметром около 50 мм). Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 4,53 сек. Скорость перемещения 6,39 мм/сек;

на фиг.5 изображено перемещение жидкости по поверхности дюралюминия при толщине слоя воды 0,5 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 5,86 сек. Скорость перемещения 6,52 мм/сек;

на фиг.6 изображено перемещение жидкости по поверхности бумаги при толщине слоя воды 0,3 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 4 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 5,2 сек. Скорость перемещения 3,53 мм/сек;

на фиг.7 изображено перемещение жидкости по поверхности дюралюминия при толщине слоя воды 0,4 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 24,0 сек. Скорость перемещения 15,24 мм/сек;

на фиг.8 изображено перемещение жидкости по поверхности дюралюминия при толщине слоя воды 0,5 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 50,6 сек. Скорость перемещения 15,76 мм/сек;

на фиг.9 изображено перемещение бутиловым спиртом жидкости по поверхности дюралюминия при толщине слоя воды 0,3 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 0,13 сек. Скорость перемещения 13,16 мм/сек;

на фиг.10 изображено перемещение жидкости по поверхности дюралюминия пропиловым спиртом при толщине слоя воды 0,4 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 0,13 сек. Скорость перемещения 16,50 мм/сек;

на фиг.11 изображено перемещение жидкости по поверхности дюралюминия изопропиловым спиртом при толщине слоя воды 0,6 мм, высоте капилляра над поверхностью пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва 0,27 сек. Скорость перемещения 6,88 мм/сек;

на фиг.12 изображено перемещение жидкости по поверхности порошкообразного цемента изопропиловым спиртом при толщине слоя воды 0,2 мм, высоте капилляра над поверхностью цемента 1 мм. Толщина слоя цемента 0,95 мм. Время прорыва 3,73 сек. Скорость перемещения 1,99 мм/ сек;

на фиг.13 изображено перемещение жидкости по поверхности песка изобутиловым спиртом при толщине слоя воды 0,2 мм, высоте капилляра над поверхностью песка D мм. Толщина слоя песка 0,95 мм. Скорость перемещения 24,8 мм/сек.

Предлагаемый способ определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, осуществляют следующим образом.

На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность. Бумажный лист замачивают в жидкости, например в дистиллированной воде, и размещают на плоскопараллельной пластине. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь кадра, на которой будет происходить перемещение жидкости. Для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активные вещества воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка, для чего используют кювету с известной внутренней площадью. В случае определения свойств сыпучих материалов, например нанопорошков, в центре формируют с помощью шаблона с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема слой исследуемого материала и в ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым материалом, и накрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм над центром от поверхности изучаемого материала. Затем заполняют капилляр обмакиванием в изучаемое поверхностно-активное вещество. Выдерживают капилляр 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт, для испарения ПАВ с внешней поверхности капилляра. Включают видеокамеру или кинокамеру на фиксирование происходящих изменений поверхности и капилляр, содержащий ПАВ, подводят к центру изучаемого материала. Фиксирование происходящих изменений видеокамерой или кинокамерой продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости. Отснятый видеоматериал помещают в компьютер, где с помощью стандартных программ для ЭВМ определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченному на перемещение, определяемому по разности между отснятыми кадрами и скорости съемки, объем перемещенной жидкости во времени по изменению радиуса перемещаемого слоя и начальной толщиной слоя жидкости. Для осуществления предлагаемого изобретения и примеров, подтверждающих выполнение способа, использовано устройство (см. патент RU №2362141, МПК G01N 13/00, опубл. 20.07.2009 г., бюл. №20).

Примеры, подтверждающие конкретное выполнение способа определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе.

Пример 1

Измеряют толщину образца в виде пластины монокристалла кремния. Образец монокристалла кремния помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины монокристалла кремния образовался слой жидкости толщиной 0,5 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте 3,5 мм. Диаметр пластины 30 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 13,6 сек. Скорость перемещения жидкости 5,27 мм/сек.

Капилляр заполняют изобутиловым спиртом (см. фиг.3).

Пример 2

Измеряют толщину образца в виде пластины монокристалла LiNbO₃ - «лития». Образец монокристалла «лития» помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины монокристалла образовался слой жидкости толщиной 0,4 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте 3,5 мм от поверхности пластины. Пластина неправильной формы с четверть круга диаметром около 50 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 4,53 сек. Скорость перемещения жидкости 6,39 мм/сек.

Капилляр заполняется изобутиловым спиртом (см. фиг.4).

Пример 3

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,5 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте 1 мм от поверхности пластины. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 5,86 сек. Скорость перемещения жидкости 6,52 мм/сек.

Капилляр заполняется изобутиловым спиртом (см. фиг.5).

Пример 4

Измеряют толщину образца в виде пластины монокристалла LiNbO₃ - «лития». Образец монокристалла лития помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью бумаги образовался слой жидкости толщиной 0,3 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте 4 мм от поверхности пластины. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 5,2 сек. Скорость перемещения жидкости 3,53 мм/сек.

Капилляр заполняют изобутиловым спиртом (см. фиг.6).

Пример 5

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,4 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте, заданной исследователем от поверхности пластины, например, 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 24,0 сек. Скорость перемещения жидкости 15,24 мм/сек.

Капилляр заполняют изобутиловым спиртом (см. фиг.7).

Пример 6

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки устройства вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,5 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте, заданной исследователем от поверхности пластины, например, 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 50,6 сек. Скорость перемещения жидкости 15,76 мм/сек.

Капилляр заполняют изобутиловым спиртом (см. фиг.8).

Пример 7

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,3 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте, заданной исследователем от поверхности пластины, например, 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 0,13 сек. Скорость перемещения жидкости 12,26 мм/сек.

Капилляр заполняют бутиловым спиртом (см. фиг.9).

Пример 8

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,4 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте, заданной исследователем, от поверхности пластины, например, 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 0,13 сек. Скорость перемещения жидкости 16,50 мм/сек.

Капилляр заполняют пропиловым спиртом (см. фиг.10).

Пример 9

Измеряют толщину образца в виде пластины дюралюминия. Образец дюралюминия помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью пластины из дюралюминия образовался слой жидкости толщиной 0,6 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте от поверхности пластины 1 мм. Толщина пластины 0,95 мм. Время прорыва всей толщины слоя жидкости 0,27 сек. Скорость перемещения жидкости 6,88 мм/сек.

Капилляр заполняют изопропиловым спиртом (см. фиг.11).

Пример 10

Образец порошкообразного вещества - цемент перемешивают с жидкостью, например водой. Затем помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью, кольцеобразную, плоскопараллельную пластину (шаблон) известной толщины, например 0,95 мм. Во внутреннюю полость кольца (шаблон) помещают размешанный с водой изучаемый порошкообразный материал, выравнивают поверхность материала шпателем, прижимая его к поверхности кольцеобразной пластины. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью кольцеобразной пластины и слоем порошкообразного материала во внутренней полости пластины образовался слой жидкости толщиной, например, 0,2 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте от поверхности пластины 1 мм. Толщина слоя цемента 0,95 мм. Время прорыва 3,73 сек. Скорость перемещения 1,99 мм/ сек.

Пример 11

Образец порошкообразного вещества - песок перемешивают с жидкостью, например водой, помещают на обводненную бумагу с нанесенной на ее поверхность ограничительной окружностью, кольцеобразную, плоскопараллельную пластину известной толщины, например 0,95 мм. Во внутреннюю полость кольца (шаблона) помещают размешанный с водой изучаемый порошкообразный материал, выравнивают поверхность материала шпателем, прижимая его к поверхности кольцеобразной пластины. В ограничительную окружность из автоматической бюретки вносят такое количество жидкости, чтобы над поверхностью кольцеобразной пластины и слоем порошкообразного материала во внутренней полости пластины образовался слой жидкости толщиной 0,2 мм. В поворотном штативе закрепляют капилляр так, чтобы свободный край капилляра был на высоте от поверхности пластины и песка 0 (ноль) мм. Толщина слоя песка 0,95 мм. Скорость перемещения 24,8 мм/сек.

Капилляр заполняют изобутиловым спиртом (см. фиг.13).

Результаты измерений по примерам 1-11 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты измерений № опыта Материал поверхности Толщина слоя жидкости, мм Высота капилляра над пластиной, мм Время прорыва всей толщины слоя, сек Скорость перемещения жидкости, мм/сек Пример 1 Кремний 0,5 3,5 13,6 5,27 Пример 2 Литий 0,5 3,5 4,53 6,39 Пример 3 Дюралюминий 0,5 1,0 5,86 6,52 Пример 4 Бумага 0,3 4,0 5,20 3,53 Пример 5 Дюралюминий 0,4 1,0 24,0 15,24 Пример 6 Дюралюминий 0,5 1,0 50,6 15,76 Пример 7 Дюралюминий 0,3 1,0 0,13 12,26 Пример 8 Дюралюминий 0,4 1,0 0,13 16,50 Пример 9 Дюралюминий 0,6 1,0 0,27 6,88 Пример 10 Цемент 0,2 1,0 3,73 1,99 Пример 11 Песок 0,2 0 - 24,8

Из приведенных примеров 1-11 видно, что используя предлагаемый способ определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно- активным веществом в газовой фазе, были определены показатели для разных поверхностно-активных веществ и поверхностей: время прорыва всей толщины слоя жидкости, скорость перемещения жидкости, количество перемещаемой жидкости во времени.

Предлагаемое изобретение «Способ определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе» по сравнению с прототипом (патент RU №2362979, МПК G01H 9/00, опубл. 27.07.2009 г., бюл. №21) имеет следующие преимущества:

- установление количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом во времени и скорости ее перемещения для поверхностей малых размеров;

- возможность измерять поверхностные свойства материалов, имеющих малые размеры или находящихся в разных агрегативных состояниях для различных веществ, в том числе и пористых или насыпных, например порошкообразных небольшой площади, при этом результат определения ощутим визуально;

- получение новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе и порошкообразных наночастиц и наноматериалов;

- невысокая трудоемкость заявленного способа для получения результата;

- заявленный способ позволяет одновременно определить свойства поверхности, поверхностно-активных веществ и жидкости.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в тех отраслях промышленности, где необходимо оценить свойства поверхностно активных веществ, например, химической при производстве моющих средств, кожевенной и меховой, легкой промышленности при производстве тканей и изделий из них, пищевой, медицине, ветеринарии, при производстве лаков и красок, строительной индустрии, учебных заведениях и т.д.

Изобретение относится к области оценки поверхностных свойств материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в различных отраслях промышленности: химической, кожевенной и меховой, легкой, пищевой, медицинской, строительной индустрии и т.д. Для установления количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, скорости ее перемещения, для получения новых характеристик при оценке свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов, для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества, способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активным веществом воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы. Для этого изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка помещают в центр ограничительной окружности, нанесенной на легко сменяемую поверхность или в кювету с известной внутренней площадью, и накрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины. Затем заполняют капилляр обмакиванием в поверхностно-активное вещество, например изопропиловый спирт, выдерживают его в течение 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт. Для испарения с внешней поверхности капилляра поверхностно-активного вещества включают видео или кинокамеру и устанавливают заполненный капилляр на высоте 1-6 мм над центром поверхности изучаемого материала. Фиксирование происходящих изменений продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости. Отснятый видеоматериал помещают в компьютер и с помощью стандартных программ определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченному на перемещение, которое определяют по разности между отснятыми кадрами и скоростью съемки, а также объем перемещаемой жидкости во времени по изменению радиуса перемещаемого слоя и начальной толщиной слоя жидкости. Техническим результатом является установление количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, и скорости ее перемещения, в получении новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов. 13 ил., 1 табл.

Способ определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, предусматривающий использование ограничительной окружности для создания слоя жидкости заданной толщины, внесение капли раствора поверхностно-активного вещества на поверхность слоя жидкости известной толщины, фиксирование наибольшего радиуса перемещенной жидкости видео- или кинокамерой, определение количества перемещаемой жидкости по плотности жидкости и объему слоя жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, который определяют по наибольшему радиусу слоя перемещенной жидкости и первоначально известной толщине слоя жидкости, отличающийся тем, что для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества, способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активным веществом воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы, для чего изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка помещают в центр ограничительной окружности, нанесенной на легко сменяемую поверхность или в кювету с известной внутренней площадью, и закрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины, затем заполняют капилляр обмакиванием в поверхностно-активное вещество, например, изопропиловый спирт, выдерживают его в течение 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт, для испарения с внешней поверхности капилляра поверхностно-активного вещества, включают видео- или кинокамеру и устанавливают заполненный капилляр на высоте 1-6 мм над центром поверхности изучаемого материала, фиксирование происходящих изменений продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости, отснятый видеоматериал помещают в компьютер и определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченному на перемещение, которое определяют по разности между отснятыми кадрами и скоростью съемки, а также объем перемещаемой жидкости во времени по изменению радиуса перемещаемого слоя и начальной толщиной жидкости.