一種3d接觸角的測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本專利公布一種3D接觸角的測試裝置。該裝置由垂直和水平旋轉的樣品臺系統組成，采用蝸輪蝸桿結構的精密光學旋轉平臺控制著鏡頭、攝像機與樣品臺一起沿垂直向旋轉，采用光學旋轉平臺控制樣品臺沿水平向360度旋轉。該裝置和測試方法可以分析材料化學多樣、異構、各向異性和表面粗糙等造成的滯后性接觸角值，在新材料、仿生材料等研宄等領域具有極廣的推廣價值。
【背景技術】
[0002]液-液界面張力、液-氣表面張力以及固-液接觸角值等基本指標是表征物質物理化學性質的基本參數。接觸角是指在固體水平平面上滴上一小滴液滴，固體表面上的固一液一氣三相交界點處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時所形成的角度(如圖1)。接觸角值是一個由材料本身固有性質、化學異構性、表面物理結構、表面清潔度等各種因素綜合決定的一個指標。由于材料化學各向異性和表面粗糙等原因，往往導致接觸角在材料表面形成滯后，體現為左右接觸角值不一致或完全不同，形成非軸對稱液滴。
[0003]在實際測試技術中，目前常用的方法為測試包括前進角、后退角以及滾動角在內的動態接觸角值。在動態接觸角的測試過程中，常用一種方法這一為將固體樣品傾斜，測試傾斜時受重力影響條件下的動態接觸角值，而完成此類測試的機構主要分為兩類:其一，采用將樣品臺垂直轉動，鏡頭(連接有相機)不轉動的方式；這種方法要求所滴水滴必須保持在轉動軸的中心位置，否則液滴很容易移動，且在軟件算法上，必須通過坐標轉換完成計算，軟件計算時間較長；其二，采用將整個儀器旋轉的方式，這種方式在目前主流商業儀器中有體現，其缺點非常明顯，由于采用一機械結構為通常的皮帶或齒輪轉換，機械結構的控制精度不高、徑向晃動量非常大，非常不利于滾動情況下動態接觸角測值；同時由于整機的重量非常大，控制起來非常不方便。
[0004]但是，測試動態接觸角值遠遠不能滿足實際應用，也不能表征接觸角滯后或者說不能表征接觸角的各向異性等特征。比如，我們測得水稻葉、竹葉、硅片等材料，均體現出了接觸角值在不同成像視角條件下的接觸角值的區別以及左、右接觸角值的區別。所以，測試3D接觸角值才能更好的表征材料的物理化學性質。
[0005]目前，接觸角和界面張力測試儀器通常均是標準設計的儀器。如現有專利資料庫中《基于高速圖像處理的液體表界面動態特性測量分析儀》專利號:200610050811.8和200620103753.6，《一種靜態接觸角的自動檢測方法》專利號201010288857.X，《接觸角及表面能測量裝置》專利號:201010600278.4，《測量接觸角裝置》專利號:200710142656.7，《一種自潔玻璃接觸角的在線測量方法》專利號:200710008521.1等。
[0006]中國專利ZL200910034768.X《一種控溫濕同步測量液滴溫度、表面張力、接觸角的裝置》以及ZL201210127093.5《一種控溫、控濕、控壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置》，描述了一種控溫、控濕、控壓條件下測量液滴接觸角和滾動角的裝置，是一種比較模糊的理論性描述，具體實施細節也是概括性描述，從實施來看，可操作性不強。
[0007]本專利公布一種3D接觸角的測試裝置。該裝置由垂直和水平旋轉的樣品臺系統組成，采用蝸輪蝸桿結構的精密光學旋轉平臺控制著鏡頭、攝像機與樣品臺一起沿垂直向旋轉，采用光學旋轉平臺控制樣品臺沿水平向360度旋轉。該裝置可以分析材料化學多樣、異構、各向異性和表面粗糙等造成的滯后性接觸角值，在新材料、仿生材料等研宄等領域具有極廣的推廣價值。
【發明內容】
[0008]針對上述情況，本實用新型提供一種3D接觸角的測試裝置，實現測試3D接觸角的目的，我們在樣品臺及其控制系統的結構設計作了相應的創新性設計，從而實現了形成非軸對稱接觸角液滴并計算得到相應的左、右接觸角值。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[0010]一種3D接觸角的測試裝置，包括安裝了背景光源的電氣控制箱、具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺、具有步進電機控制的注射泵、微量進樣器、第一連接板、第二連接板、第三連接板、顯微鏡頭、軸承、微分頭、攝像機、微分頭內固定板、攝像機外固定板、鋼珠、支撐架、底座、調整腳，支撐架左側設有安裝了背景光源的電氣控制箱，安裝了背景光源的電氣控制箱內側設有具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺，具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺內設有第一連接板，支撐架右側設有顯微鏡頭和攝像機，顯微鏡頭和攝像機分別通過微分頭內固定板和攝像機外固定板固定在支撐架右側，微分頭內固定板內側還設有第三連接板，第三連接板與微分頭內固定板之間設有軸承，所述微分頭固定在攝像機外固定板上，并與微分頭內固定板通過拉簧連接，微分頭內固定板和攝像機外固定板之間設有鋼珠，形成一個一維俯仰調整系統，支撐架頂部設有以具有步進電機控制的注射泵、微量進樣器和光學平移臺組成的液滴滴出及轉移機構。
[0011]所述顯微鏡頭和攝像機是通過C 口螺紋接口連接后，再通過微分頭內固定板和攝像機外固定板固定在支撐架右側的。
[0012]所述支撐架底部設有底座，底座下方設有四個調整腳，支撐架中部設有第二連接板，第二連接板上設有調整平臺組件。
[0013]所述調整平臺組件包括具有步進電機控制的第二光學旋轉平臺、微分頭控制的二維水平調整臺、微分頭控制的垂直升降光學平移臺、橫向一維光學平移臺、縱向一維光學平移臺，所述橫向一維光學平移臺、縱向一維光學平移臺、微分頭控制的垂直升降光學平移臺、微分頭控制的二維水平調整臺之間通過螺絲連接，微分頭控制的二維水平調整臺上方設有具有步進電機控制的第二光學平移臺，具有步進電機控制的第二光學旋轉平臺通過螺絲與微分頭控制的二維水平調整臺相連。
[0014]所述縱向一維光學平移臺和橫向一維光學平移臺采用步進電機或手動旋鈕控制。
[0015]所述具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺包括步進電機數據接口、數據接口安裝支架、手動控制旋鈕、步進電機、步進電機固定支架、旋轉平臺主體、蝸輪結構、蝸桿結構、旋轉面板、刻度盤，旋轉面板外套接有刻度盤，刻度盤外側與旋轉平臺主體通過螺絲連接，步進電機伸入旋轉平臺主體內，與旋轉平臺主體內的蝸桿結構通過聯軸器連接，數據接口安裝支架安裝到步進電機固定支架并與控制電氣箱連接，手動控制旋鈕安裝在步進電機輸出軸上。
[0016]本實用新型的優點是:實現測試3D接觸角的目的，我們在樣品臺及其控制系統的結構設計作了相應的創新性設計，從而實現了形成非軸對稱接觸角液滴并計算得到相應的左、右接觸角值。
【附圖說明】
[0017]圖1為接觸角原理示意圖。
[0018]圖2為本實用新型的結構示意圖。
[0019]圖3為具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺的結構圖。
[0020]在圖中:1 一安裝了背景光源的電氣控制箱；2_具有步進電機控制的第一光學旋轉平臺；3 —具有步進電機控制的注射泵；4 一微量進樣器；5 —具有步進電機控制的光學平移臺；6 —具有步進電機控制的第二光學旋轉平臺；7 —微分頭控制的二維水平調整臺；