一種3d接觸角的測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)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(zhuǎn)的樣品臺(tái)系統(tǒng)組成，采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的精密光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)控制著鏡頭、攝像機(jī)與樣品臺(tái)一起沿垂直向旋轉(zhuǎn)，采用光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)控制樣品臺(tái)沿水平向360度旋轉(zhuǎn)。該裝置和測試方法可以分析材料化學(xué)多樣、異構(gòu)、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(lǐng)域具有極廣的推廣價(jià)值。
【背景技術(shù)】
[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(biāo)是表征物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。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(diǎn)處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所形成的角度(如圖1)。接觸角值是一個(gè)由材料本身固有性質(zhì)、化學(xué)異構(gòu)性、表面物理結(jié)構(gòu)、表面清潔度等各種因素綜合決定的一個(gè)指標(biāo)。由于材料化學(xué)各向異性和表面粗糙等原因，往往導(dǎo)致接觸角在材料表面形成滯后，體現(xiàn)為左右接觸角值不一致或完全不同，形成非軸對(duì)稱液滴。
[0003]在實(shí)際測試技術(shù)中，目前常用的方法為測試包括前進(jìn)角、后退角以及滾動(dòng)角在內(nèi)的動(dòng)態(tài)接觸角值。在動(dòng)態(tài)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(shí)受重力影響條件下的動(dòng)態(tài)接觸角值，而完成此類測試的機(jī)構(gòu)主要分為兩類:其一，采用將樣品臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡頭(連接有相機(jī))不轉(zhuǎn)動(dòng)的方式；這種方法要求所滴水滴必須保持在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心位置，否則液滴很容易移動(dòng)，且在軟件算法上，必須通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成計(jì)算，軟件計(jì)算時(shí)間較長；其二，采用將整個(gè)儀器旋轉(zhuǎn)的方式，這種方式在目前主流商業(yè)儀器中有體現(xiàn)，其缺點(diǎn)非常明顯，由于采用一機(jī)械結(jié)構(gòu)為通常的皮帶或齒輪轉(zhuǎn)換，機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制精度不高、徑向晃動(dòng)量非常大，非常不利于滾動(dòng)情況下動(dòng)態(tài)接觸角測值；同時(shí)由于整機(jī)的重量非常大，控制起來非常不方便。
[0004]但是，測試動(dòng)態(tài)接觸角值遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)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(xiàn)出了接觸角值在不同成像視角條件下的接觸角值的區(qū)別以及左、右接觸角值的區(qū)別。所以，測試3D接觸角值才能更好的表征材料的物理化學(xué)性質(zhì)。
[0005]目前，接觸角和界面張力測試儀器通常均是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的儀器。如現(xiàn)有專利資料庫中《基于高速圖像處理的液體表界面動(dòng)態(tài)特性測量分析儀》專利號(hào):200610050811.8和200620103753.6，《一種靜態(tài)接觸角的自動(dòng)檢測方法》專利號(hào)201010288857.X，《接觸角及表面能測量裝置》專利號(hào):201010600278.4，《測量接觸角裝置》專利號(hào):200710142656.7，《一種自潔玻璃接觸角的在線測量方法》專利號(hào):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(dòng)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(dòng)角的裝置，是一種比較模糊的理論性描述，具體實(shí)施細(xì)節(jié)也是概括性描述，從實(shí)施來看，可操作性不強(qiáng)。
[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(zhuǎn)的樣品臺(tái)系統(tǒng)組成，采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的精密光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)控制著鏡頭、攝像機(jī)與樣品臺(tái)一起沿垂直向旋轉(zhuǎn)，采用光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)控制樣品臺(tái)沿水平向360度旋轉(zhuǎn)。該裝置可以分析材料化學(xué)多樣、異構(gòu)、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(lǐng)域具有極廣的推廣價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)上述情況，本實(shí)用新型提供一種3D接觸角的測試裝置，實(shí)現(xiàn)測試3D接觸角的目的，我們?cè)跇悠放_(tái)及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了相應(yīng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了形成非軸對(duì)稱接觸角液滴并計(jì)算得到相應(yīng)的左、右接觸角值。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)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(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、具有步進(jìn)電機(jī)控制的注射泵、微量進(jìn)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(jī)、微分頭內(nèi)固定板、攝像機(jī)外固定板、鋼珠、支撐架、底座、調(diào)整腳，支撐架左側(cè)設(shè)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(nèi)側(cè)設(shè)有具有步進(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，具有步進(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)內(nèi)設(shè)有第一連接板，支撐架右側(cè)設(shè)有顯微鏡頭和攝像機(jī)，顯微鏡頭和攝像機(jī)分別通過微分頭內(nèi)固定板和攝像機(jī)外固定板固定在支撐架右側(cè)，微分頭內(nèi)固定板內(nèi)側(cè)還設(shè)有第三連接板，第三連接板與微分頭內(nèi)固定板之間設(shè)有軸承，所述微分頭固定在攝像機(jī)外固定板上，并與微分頭內(nèi)固定板通過拉簧連接，微分頭內(nèi)固定板和攝像機(jī)外固定板之間設(shè)有鋼珠，形成一個(gè)一維俯仰調(diào)整系統(tǒng)，支撐架頂部設(shè)有以具有步進(jìn)電機(jī)控制的注射泵、微量進(jìn)樣器和光學(xué)平移臺(tái)組成的液滴滴出及轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。
[0011]所述顯微鏡頭和攝像機(jī)是通過C 口螺紋接口連接后，再通過微分頭內(nèi)固定板和攝像機(jī)外固定板固定在支撐架右側(cè)的。
[0012]所述支撐架底部設(shè)有底座，底座下方設(shè)有四個(gè)調(diào)整腳，支撐架中部設(shè)有第二連接板，第二連接板上設(shè)有調(diào)整平臺(tái)組件。
[0013]所述調(diào)整平臺(tái)組件包括具有步進(jìn)電機(jī)控制的第二光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、微分頭控制的二維水平調(diào)整臺(tái)、微分頭控制的垂直升降光學(xué)平移臺(tái)、橫向一維光學(xué)平移臺(tái)、縱向一維光學(xué)平移臺(tái)，所述橫向一維光學(xué)平移臺(tái)、縱向一維光學(xué)平移臺(tái)、微分頭控制的垂直升降光學(xué)平移臺(tái)、微分頭控制的二維水平調(diào)整臺(tái)之間通過螺絲連接，微分頭控制的二維水平調(diào)整臺(tái)上方設(shè)有具有步進(jìn)電機(jī)控制的第二光學(xué)平移臺(tái)，具有步進(jìn)電機(jī)控制的第二光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通過螺絲與微分頭控制的二維水平調(diào)整臺(tái)相連。
[0014]所述縱向一維光學(xué)平移臺(tái)和橫向一維光學(xué)平移臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)或手動(dòng)旋鈕控制。
[0015]所述具有步進(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)接口安裝支架、手動(dòng)控制旋鈕、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)固定支架、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主體、蝸輪結(jié)構(gòu)、蝸桿結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)面板、刻度盤，旋轉(zhuǎn)面板外套接有刻度盤，刻度盤外側(cè)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主體通過螺絲連接，步進(jìn)電機(jī)伸入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主體內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主體內(nèi)的蝸桿結(jié)構(gòu)通過聯(lián)軸器連接，數(shù)據(jù)接口安裝支架安裝到步進(jìn)電機(jī)固定支架并與控制電氣箱連接，手動(dòng)控制旋鈕安裝在步進(jìn)電機(jī)輸出軸上。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)測試3D接觸角的目的，我們?cè)跇悠放_(tái)及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了相應(yīng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了形成非軸對(duì)稱接觸角液滴并計(jì)算得到相應(yīng)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(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為具有步進(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)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(jìn)電機(jī)控制的第一光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；3 —具有步進(jìn)電機(jī)控制的注射泵；4 一微量進(jìn)樣器；5 —具有步進(jìn)電機(jī)控制的光學(xué)平移臺(tái)；6 —具有步進(jìn)電機(jī)控制的第二光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；7 —微分頭控制的二維水平調(diào)整臺(tái)；