一種全自動測試表面自由能的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種全自動測試表面自由能的裝置，具體【實用新型內容】如下：第一，設計一套包括注射泵或蠕動泵的表面自由能測試裝置。第二，設計一套可以同時形成多個液滴于固體表面的包括多個液體注射器注射系統，構成方面包括了：微量注射器或軟管；針頭；注射泵或蠕動泵。第三，設計一套具有大視野范圍的光學成像系統，構成方面包括了：具有尺寸傳感單元的CCD；兼容大尺寸傳感單元的顯微鏡頭。通過軟件控制成像系統同時捕捉多個液滴的圖像，本裝置可廣泛應用于新材料開發、石油、石化、化工、材料科學等領域的物理化學性質測試，具有極高的推廣價值。
【專利說明】
一種全自動測試表面自由能的裝置
技術領域
[0001]本專利公布了一種全自動測試表面自由能的裝置。本測試裝置核心技術包括有一個擁有2至3個進液注射器的進液系統、一套大視野范圍的成像系統(含CCD攝像機和顯微鏡頭)。本裝置可廣泛應用于新材料開發、石油、石化、化工、材料科學等領域的物理化學性質測試，具有極高的推廣價值。
【背景技術】
[0002]固體表面自由能是表征固體物理化學性質的主要指標之一。通常情況下，表面自由能是指固體的表面張力，用于表征固體的表面粘附力或分子內聚力等。在噴涂、印刷、紡織、新材料等等領域，固體的表面自由能的測得可以大大提高研究的水平。
[0003]長期以來，固體的表面自由能的測試是通過測試探針液體在固體表面的接觸角值，并采用相應的算法，如Equat 1n of state、Owens和Ac id-base(酸堿法)等，計算得出相應的表面自由能值。這些算法大量出現在各種文獻中，且《Physical ChemistryOfSurfaces》(作者Arthur ff.adamson)一書中有詳細總結。其中，除A.W.Neumann教授的Equat1n of state法僅需要一種液體的接觸角值即可測得表面自由能外。其他算法均需要多種液體，至少兩種液體。而在所有的表面自由能算法中，Acid-base法因其表征分項指標多，更科學，更能表征固體的油性、水性組成而被廣大科研人員所接受。
[0004]目前，測試表面自由能的裝置存在如下兩個問題。第一、測試裝置通常僅提供一個液體的注射系統。雖然，有部分商業化的儀器廠商裝備了兩個液體或多個液體(有的多達4種)的注射器。然而，這與本專利所提及的兩至三個液體注射系統在區別在于是否多個注射器同時滴出液體并形成液滴在固體表面上。這些儀器均不能同時將幾個液體形成液滴到固體表面上。第二、測試過程中，無法實現同時形成多個液滴并成像至同一張照片中，也無法實現同時一次性計算多個液滴的接觸角值。現有的測試裝置在具有實施過程中，不能實現一個圖像中同時出現2 — 3個液滴，同時計算這些液滴的接觸角值，而只能一次出現一個液體的液滴，計算接觸角值，再換另一個液體，計算另一個接觸角值，最后再采用多個接觸角值計算得到表面自由能值。此時，由于多種液滴在固體表面的停留時間點不同，相應的各個液體的接觸角值極可能不是同一時間點的，因而，大大降低了數據的真實性，也與同時測試多個液滴的接觸角值并實時計算相應的表面自由能值在實時性上是根本無法比擬的。
[0005]本專利公布了一種全自動測試表面自由能的裝置。本測試裝置核心技術包括有一個擁有2至3個進液注射器的進液系統、一套大視野范圍的成像系統(含CCD攝像機和顯微鏡頭)。本測試裝置及方法的突出特點體現為:同時形成多個液滴于固體表面、同時計算多個液滴的接觸角值、實時計算固體的表面自由能，沒有分開形成不同液體的液滴并計算接觸角值的同步性，實時性差的問題。本裝置可廣泛應用于新材料開發、石油、石化、化工、材料科學等領域的物理化學性質測試，具有極高的推廣價值。
【發明內容】
[0006]為實現同時形成多個液滴于固體表面、實時全自動計算固體表面自由能的目的，本專利全自動測試表面自由能的裝置，有針對性的在進液系統的設計、成像系統的構成等方面進行的創造實用新型。
[0007]—種全自動測試表面自由能的裝置，具體【實用新型內容】如下:
[0008]1、設計一套包括注射栗或蠕動栗的表面自由能測試裝置。
[0009]2、設計一套可以同時形成多個液滴于固體表面的包括多個液體注射器注射系統，構成方面包括了:(I)微量注射器或軟管；(2)針頭；(3)注射栗或蠕動栗。
[0010]3、設計一套具有大視野范圍的光學成像系統，構成方面包括了:(I)具有尺寸傳感單元的CCD; (2)兼容大尺寸傳感單元的顯微鏡頭。
【附圖說明】
[0011]圖1:安裝了4個液體管路和4個針頭，采用蠕動栗的多液體進液系統的表面自由能測試裝置；
[0012]圖1中:I一蠕動栗;2-電氣控制箱;3—多液體進液的進液系統;4一采用一維光學平移臺的移液裝置;5—具有大視野范圍的顯微鏡頭;6—具有大視野范圍的CCD相機;7—采用4維光學平移臺的可調整樣品臺；8 —支架。
[0013]圖2:安裝了4個液體管路和4個針頭的蠕動栗驅動的多液體進液系統；
[0014]圖2中:31—使用一維光學平移臺作為驅動的固定支架;32-多液體管路;33—固定座;34—針頭;35—多頭魯爾轉換頭;36 —針頭。
[0015]圖3:安裝了3個微量進樣器和3個針頭，采用注射栗的多液體進液系統的表面自由能測試裝置；
[0016]圖3中:9一電氣控制箱；10-多液體進液的進液系統；11一采用一維光學平移臺的移液裝置；12—具有大視野范圍的顯微鏡頭；13—具有大視野范圍的CCD相機；14 一采用4維光學平移臺的可調整樣品臺；15 —支架。
[0017]圖4:安裝了3個多注射器的多液體進液系統。
[0018]圖4中:101—采用一維光學平移臺作為驅動的注射栗；102-固定夾具；103—頂針固定座；104 —微量進樣器；105—微量進樣器固定夾具；106 —針頭；107—微量進樣器固定座。
[0019]圖5:多液體進液系統的側視圖。
[0020]圖5中:103—頂針固定座；107 —微量進樣器固定座。
【具體實施方式】
[0021]為實現同時形成多個液滴于固體表面、同時計算多個液滴的接觸角值、實時全自動計算固體表面自由能的目的，本專利有針對性的在進液系統的設計、成像系統的構成、接觸角的計算方法等方面進行的創造實用新型。具體【實用新型內容】及實施方式如下:
[0022]實施例1
[0023]參見圖1，1、設計一套包括注射栗或蠕動栗的表面自由能測試裝置。包括:
[0024](I)設計一套安裝了 4個液體管路和4個針頭，采用蠕動栗的多液體進液系統的表面自由能測試裝置，包括:蠕動栗1、電氣控制箱2、多液體進液的進液系統3、采用一維光學平移臺的移液裝置4、具有大視野范圍的顯微鏡頭5、具有大視野范圍的CCD相機6、采用4維光學平移臺的可調整樣品臺7和支架8。電氣控制箱2安裝到支架8上。蠕動栗I通過螺絲固定到電氣控制箱2上。采用4維光學平移臺的可調整樣品臺7通過連接塊固定到支架8上。多液體進液的進液系統3與采用一維光學平移臺的移液裝置4通過螺絲相固定后，再安裝到支架8上。具有大視野范圍的顯微鏡頭5與具有大視野范圍的CCD相機6通過C型標準螺紋結構旋緊后，再固定到支架8上。
[0025]2、可以同時形成多個液滴于固體表面的包括多個液體注射器注射系統，構成方面包括了:( I)微量注射器或軟管；(2)針頭；(3)注射栗或蠕動栗。
[0026]參見圖2，所述多液體進液的進液系統3為安裝了最多可達4個液體管路和4個針頭的蠕動栗驅動的多液體進液系統，即多液體進液的進液系統3，其包括:使用一維光學平移臺作為驅動的固定支架31、多液體管路32、固定座33、針頭34、多頭魯爾轉換頭35和針頭36。多液體管路32通過夾具固定到固定座33上。固定座33通過螺絲固定到使用一維光學平移臺作為驅動的固定支架31上。多頭魯爾轉換頭35通過螺絲固定到固定座33上。多頭魯爾轉換頭35的一端通過針頭34與多液體管路32利用橡膠管與針頭的內外徑緊配。多頭魯爾轉換頭35連接測試所需要的規格的針頭36，如25#或30#等。
[0027]實施例2
[0028]參見圖3，1、設計一套包括注射栗或蠕動栗的表面自由能測試裝置。包括:(2)設計一套安裝了 3個微量進樣器和3個針頭，采用注射栗的多液體進液系統的表面自由能測試裝置，包括:電氣控制箱9、多液體進液的進液系統10、采用一維光學平移臺的移液裝置11、具有大視野范圍的顯微鏡頭12、具有大視野范圍的CCD相機13、采用4維光學平移臺的可調整樣品臺14和支架15。電氣控制箱9安裝到支架15上。采用4維光學平移臺的可調整樣品臺14通過連接塊并采用螺絲與支架15相固定。多液體進液的進液系統10與采用一維光學平移臺的移液裝置11通過螺絲連接后，再固定到支架15上。具有大視野范圍的顯微鏡頭12與具有大視野范圍的C⑶相機13通過C型標準螺紋接口旋緊后再固定到支架15上。
[0029]2、可以同時形成多個液滴于固體表面的包括多個液體注射器注射系統，構成方面包括了:( I)微量注射器或軟管；(2)針頭；(3)注射栗或蠕動栗。
[0030]參見圖4，所述多液體進液的進液系統10為安裝了3個多注射器的多液體進液系統，包括:采用一維光學平移臺作為驅動的注射栗101、固定夾具102、頂針固定座103、微量進樣器104、微量進樣器固定夾具105、針頭106和微量進樣器固定座107。頂針固定座103與采用一維光學平移臺作為驅動的注射栗101的可移動部分通過螺絲固定。微量進樣器104的頂針部分通過固定夾具102與頂針固定座103相連接。微量進樣器固定座107通過螺絲與采用一維光學平移臺作為驅動的注射栗101的不可移動部分連接。微量進樣器104主體部分通過微量進樣器固定夾具105與微量進樣器固定座107相連接固定。針頭106通過魯爾接頭與微量進樣器104相緊配連接。
[0031]在另一實施例中，多液體進液的進液系統中的多個針頭并排排列，針頭的最前端保持在同一水平線上。針頭與微量進樣器或軟件通過魯爾接頭相連。注射栗控制微量進樣器滴出液滴或蠕動栗轉動使得軟管充滿液體并滴出液體。通過注射栗或蠕動栗控制同時滴出2至3個液滴后，通過采用一維光學平移臺的移動機構(圖3中的標注11或圖1中的標注4)，控制針頭往下移動，液滴的下邊緣接觸到固體表面后，再控制針頭往上移動，通過固體的表面自由能將多個液滴同時留到固體表面，從而實現同時形成多個液滴于固體的表面的目的。或通過不斷增加液體量，液體從頂頭自由落滴的方式以形成液體。
[0032]參見圖1和圖3，3、設計一套具有大視野范圍的光學成像系統，構成方面包括了:
(I)具有1/1.8’以上尺寸傳感單元的CCD; (2)兼容大尺寸傳感單元的顯微鏡頭。經過測算，在實施時，在達到同時測試多個液滴的接觸角測試目的且滿足精度時，設計的視野范圍為20mm及以上，顯微鏡頭的放大倍率設計為0.2X以上。
[0033]本專利公布了一種全自動測試表面自由能的裝置。本測試裝置核心技術包括有一個擁有2至3個進液注射器的進液系統、一套大視野范圍的成像系統(含CCD攝像機和顯微鏡頭)。本裝置可廣泛應用于新材料開發、石油、石化、化工、材料科學等領域的物理化學性質測試，具有極高的推廣價值。
【主權項】
1.一種全自動測試表面自由能的裝置，其特征在于，包括電氣控制箱、多液體進液的進液系統、采用一維光學平移臺的移液裝置、具有大視野范圍的顯微鏡頭、具有大視野范圍的CCD相機、采用四維光學平移臺的可調整樣品臺和支架，所述支架一側設有電氣控制箱，所述支架另一側設有采用四維光學平移臺的可調整樣品臺，所述多液體進液的進液系統和采用一維光學平移臺的移液裝置固設于支架頂部，所述采用四維光學平移臺的可調整樣品臺設于多液體進液的進液系統下方，所述具有大視野范圍的顯微鏡頭與具有大視野范圍的C⑶相機通過C型標準螺紋接口旋緊后再固定到支架上。2.根據權利要求1所述的全自動測試表面自由能的裝置，其特征在于，所述多液體進液的進液系統包括至少一個微量注射器、至少一個針頭以及注射栗或蠕動栗。3.根據權利要求2所述的全自動測試表面自由能的裝置，其特征在于，所述多液體進液的進液系統的微量注射器可以由軟管代替。4.根據權利要求1所述的全自動測試表面自由能的裝置，其特征在于，具有大視野范圍的顯微鏡頭采用具有I或1.8以上尺寸的傳感單元的CCD或容大尺寸傳感單元的顯微鏡頭，其視野范圍為20mm及以上;所述具有大視野范圍的顯微鏡頭的放大倍率為0.2X以上。
【文檔編號】G01N13/00GK205580933SQ201620126313
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年2月18日
【發明人】施建輝
【申請人】上海梭倫信息科技有限公司