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1、懸滴法表面張力的存在使得一表面/界面兩邊的壓力不再相同,這一壓力差的大小取決于界面張力及屆面的曲率,可用楊-拉普拉斯(Young-Laplace)公式來描述:液體的表面/界面張力可直接測量。測量的方法大多基于對表面/界面施加一外力,從而引起其變化,通過測量施加的力和/或其變化的程度,就可計算出表面/界面張力的值。液體表面/界面張力的測量測試方法滴重法等密度法靜滴法旋轉(zhuǎn)液滴法吊片法懸滴法懸滴法/座滴法旋轉(zhuǎn)滴法(液滴)體積/重量法測量方法適用于界面張力和表面張力的測量。也可以在非常高的壓力和溫度下進行測量。測量液滴的幾何形狀??捎?/p>
2、來測定表/界面張力,尤其適應于低范圍(0.1mN/m以下)界面張力的測量。測量的值是一個處于比較密集的物態(tài)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的液滴的直徑或總體幾何形狀。是懸滴法的一種極端情況,非常適用于動態(tài)地測量表/界面張力。測量的值是一定體積的液體分成的液滴數(shù)量(或平均每個液滴的體積或重量)。毛細管法與氣泡法不能測定兩液相間的界面張力;脫環(huán)法不僅對樣品潤濕性有要求,而且還不船獲得界面張力的平衡值;吊片法雖船測得界面張力的平衡值,但對樣品潤濕性有嚴格的要求,只有對吊片接觸角為零(即能完全潤濕)的樣品才能測得準確的結(jié)果,對接觸角不為零的樣品,計算時需引
3、cos?項,而?迄今難以測準至所要求的程度;滴體積法也不能達到完全的平衡。測試方法懸滴法理論滴外形法的基本原理是:當液滴在管口形成時,液滴形狀與界面張力存在一定的關系設有一液滴置于一平面上,其外形如圖所示。取曲面頂點為0,曲面上任一點P的曲率半徑為R1(PD),P點繞對稱軸旋轉(zhuǎn)的半徑為X,則P點的另一主要半徑R2(PC)與X關系是:R2=X/sinΨ停滴外形由于表面是對稱的,在滴頂點R1=R2,以b為代表,則R1(0)=R2(0)=b在頂點處的曲面內(nèi)外壓差為?P=2?/b……(3)式中?為液滴頂點處內(nèi)外相的界面張力。若以液漓頂
4、點平面為參考平面,則在P點曲面兩邊的壓力可表示為:A相:PA=(PA)0+?ρAZ……(4)B相:PB=(PB)0+ρBgZ……(5)式中g為重力加速度,p為相密度。故在P處的曲面內(nèi)外壓差為:?P=PA一PB=?P+?ρgZ……(6)由Laplace公式可得P點處內(nèi)外壓差為:懸滴法理論聯(lián)立(6)(7)得……(8)令則得原則上說,測定X、Z及b后,解式(11)得出值,由此即可算出界(表)面張力?。Bashforth-Adams以及為參數(shù),列出x/b及z/b數(shù)據(jù)表,從表中可得出β為0.125~100,Ψ為0~180?!?10)…
5、…(9)懸滴法理論懸滴法示意圖懸滴法就是利用滴外形測定界面張力的一種方法作出如下定義:S=ds/de式中de為懸滴最大直徑,ds為離頂點距離為de處懸滴截面的直徑再定義另一函數(shù):H=β(de/b)2代人(9l式得:?=?ρgde2/H式中?ρ為兩相密度差,據(jù)此式,若相應于懸滴之S值的l/H為已知,即可求出界(表)面張力懸滴法理論懸滴法簡介現(xiàn)代的完全數(shù)字、計算機化的懸滴法是由一攝像機/相機抓取一懸滴的圖像,并將整個圖像數(shù)字化。數(shù)字化后的圖像由計算機進行圖像處理,測定其整個懸滴輪廓的坐標(可多致幾千個坐標點),而且坐標測量的可達到
6、亞像素(sub-pixel)精度。通過將后者擬合到描述懸滴輪廓的Bashforth-Adams方程式,就可得到毛細管常數(shù)a。在知道了界面兩相的密度差和重力加速度的情況下,就可由a計算出界面的表/界面張力值。懸滴法優(yōu)點懸滴法是一種絕對的測量方法。懸滴法的僅有假設有二:1)液滴處于表面張力和重力的靜力平衡;2)懸滴呈中心軸對稱。對于粘度在100Pa·s以下的液體,其實要做到這二點并不難,只要保證形成的懸滴不要太小就基本可達到)?;跀?shù)字圖像的懸滴法唯一需要校正的,或者更準確地說,需要測量的是圖像的放大倍數(shù),這可通過對已知尺寸的、用
7、來形成懸滴的毛線管/針管的圖像的同時測量來獲得,由此引入的系統(tǒng)誤差可控制在0.1%左右。懸滴法優(yōu)點1操作最簡便、省時。懸滴法在計算機數(shù)字化后已成為所有方法中操作上最方便、簡易的方法,能很快取得準確可靠的結(jié)果。測量一液體的表面張力應可在數(shù)分鐘內(nèi)完成。測量范圍廣:小至約0.001mN/m,大到上百上千mN/m都可用這一方法測量。沒有其它的經(jīng)典測量方法可與此相比擬。測量精度高,重復性好:如前所述,現(xiàn)代的、基于液滴整個輪廓分析的懸滴法在一般實驗條件下精度就可以達到約0.1%。這一精度可與最準確的經(jīng)典測量方法相比美。是所有方法中液體用量
8、最小的方法。液滴小至約10微升就能準確測定,所以原則上只需要幾十微升的液體就可測量。測量的探針對形成的表/界面施加的影響最小對液體的粘度最不敏感:由于上述的很小的接觸面積,使得液滴能很快達到平衡,所以懸滴法是最適合測量高粘度液體的方法。非常適合高溫、高壓下的測量。懸滴法常被用