悬滴法说课讲解.ppt

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1、悬滴法表面张力的存在使得一表面表面张力的存在使得一表面/界面两边的压力不再相同，界面两边的压力不再相同，这一压力差的大小取决于界面张力及届面的曲率，这一压力差的大小取决于界面张力及届面的曲率，可用杨可用杨-拉普拉斯（拉普拉斯（Young-LaplaceYoung-Laplace）公式来描述：）公式来描述：液体的表面液体的表面/界面张力可直接测量。测量的方法大多基界面张力可直接测量。测量的方法大多基于对表面于对表面/界面施加一外力，从而引起其变化，通过测量施界面施加一外力，从而引起其变化，通过测量施加的力和加的力和/或其变化的程度，就可计算出表面或其变化的程度，就可计算出表面/界面张力的值。界面

2、张力的值。液体表面液体表面/界面张力的测量界面张力的测量测试方法测试方法滴重法滴重法等密度法等密度法静滴法静滴法旋转液滴法旋转液滴法吊片法吊片法悬滴法悬滴法悬滴法悬滴法/座滴法座滴法 旋转滴法旋转滴法（液滴）体积（液滴）体积/重重量法量法 测量方法测量方法适用于界面张力和表面张力的测量。也可以在非常高适用于界面张力和表面张力的测量。也可以在非常高的压力和温度下进行测量。测量液滴的几何形状。的压力和温度下进行测量。测量液滴的几何形状。可用来测定表可用来测定表/界面张力，尤其适应于低范围界面张力，尤其适应于低范围（0.1mN/m0.1mN/m以下）界面张力的测量。测量的值是一个以下）界面张力的测量

3、。测量的值是一个处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径或总体处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径或总体几何形状。几何形状。是悬滴法的一种极端情况，非常适用于动态地测量表是悬滴法的一种极端情况，非常适用于动态地测量表/界面张力。测量的值是一定体积的液体分成的液滴界面张力。测量的值是一定体积的液体分成的液滴数量（或平均每个液滴的体积或重量）。数量（或平均每个液滴的体积或重量）。毛细管法与气泡法不能测定两液相间的界面张力；毛细管法与气泡法不能测定两液相间的界面张力；脱环法不仅对样品润湿性有要求，而且还不船获得界面张力的平衡值；脱环法不仅对样品润湿性有要求，而且还不船获得界面张力的平衡值；吊片法

4、虽船测得界面张力的平衡值，但对样品润湿性有严格的要求，吊片法虽船测得界面张力的平衡值，但对样品润湿性有严格的要求，只有对吊片接触角为零只有对吊片接触角为零(即能完全润湿即能完全润湿)的样品才能测得准确的结果，的样品才能测得准确的结果，对接触角不为零的样品，计算时需引对接触角不为零的样品，计算时需引coscos项，项，而而迄今难以测准至迄今难以测准至所要求的程度；所要求的程度；滴体积法也不能达到完全的平衡。滴体积法也不能达到完全的平衡。测试方法测试方法悬滴法理论悬滴法理论 滴外形法的基本原理是：滴外形法的基本原理是：当液滴在管口形成时，液滴形状与界面张力存在一当液滴在管口形成时，液滴形状与界面张

5、力存在一定的关系定的关系设有一液滴置于一平面上，设有一液滴置于一平面上，其外形如图其外形如图所示。取曲面顶点为所示。取曲面顶点为0 0，曲面上任一点曲面上任一点P P的曲率半径为的曲率半径为R1(PD)R1(PD)，P P点绕对称轴旋转点绕对称轴旋转的半径为的半径为X X，则则P P点的另一主要半径点的另一主要半径 R2 R2(PC)(PC)与与X X 关系是：关系是：R2=X R2=X sin sin 停滴外形停滴外形 由于表面是对称的，在滴顶点由于表面是对称的，在滴顶点R1=R2R1=R2，以以b b为代表，则为代表，则R1R1（0 0）=R2=R2（0 0）=b=b 在顶点处的曲面内外压

6、差为在顶点处的曲面内外压差为P=2P=2b(3)b(3)式中式中为液滴顶点处内外相的界面张力。为液滴顶点处内外相的界面张力。若以液漓顶点平面为参考平面，若以液漓顶点平面为参考平面，则在则在P P点曲面两边的压力可表示为：点曲面两边的压力可表示为：A A相相:PA=(PA)0+:PA=(PA)0+AZ(4)AZ(4)B B相相:PB=(PB)0+:PB=(PB)0+BgZ (5)BgZ (5)式中式中g g为重力加速度，为重力加速度，p p为相密度。故在为相密度。故在P P处的曲面内外压差为：处的曲面内外压差为：P=PAP=PA一一PB=PB=P+P+gZ(6)gZ(6)由由LaplaceLap

7、lace公式可得公式可得P P点处内外压差为：点处内外压差为：悬滴法理论悬滴法理论联立联立(6)(7)(6)(7)得得(8)(8)令则得则得原则上说，测定原则上说，测定X X、Z Z 及及b b后，解式后，解式(11)(11)得出得出 值，值，由此即可算由此即可算出界出界(表表)面张力面张力。Bashforth-AdamsBashforth-Adams以以 及及 为参数，列出为参数，列出x xb b及及z zb b数据表，从表数据表，从表中可得出中可得出为为0 0125125100100，为为0 0 180180。(10)(10)(9)(9)悬滴法理论悬滴法理论悬滴法示意图悬滴法示意图悬滴法就

8、是利用滴外形测定界面张力的一种悬滴法就是利用滴外形测定界面张力的一种方法作出如下定义：方法作出如下定义：S=dsS=dsdede式中式中dede为悬滴最大直径，为悬滴最大直径，dsds为离顶点距离为为离顶点距离为dede处悬滴截面的直径处悬滴截面的直径再定义另一函数：再定义另一函数：H=H=(de(deb b）2 2代人代人(9l(9l式得：式得：=gde 2 gde 2 H H式中式中 为两相密度差，据此式，为两相密度差，据此式，若相若相应于悬滴之应于悬滴之S S值的值的l lH H为已知，为已知，即可求出即可求出界界(表表)面张力面张力悬滴法理论悬滴法理论悬滴法简介悬滴法简介现代的完全数字

9、、计算机化的悬滴现代的完全数字、计算机化的悬滴法是由一摄像机法是由一摄像机/相机抓取一悬滴相机抓取一悬滴的图像，并将整个图像数字化。数的图像，并将整个图像数字化。数字化后的图像由计算机进行图像处字化后的图像由计算机进行图像处理，测定其整个悬滴轮廓的坐标理，测定其整个悬滴轮廓的坐标（可多致几千个坐标点），而且坐（可多致几千个坐标点），而且坐标测量的可达到亚像素（标测量的可达到亚像素（sub-sub-pixelpixel）精度。通过将后者拟合到）精度。通过将后者拟合到描述悬滴轮廓的描述悬滴轮廓的Bashforth-AdamsBashforth-Adams方程式，就可得到毛细管常数方程式，就可得到毛

10、细管常数a a。在知道了界面两相的密度差和重力在知道了界面两相的密度差和重力加速度的情况下，就可由加速度的情况下，就可由a a计算出计算出界面的表界面的表/界面张力值界面张力值。悬滴法优点 悬滴法是一种绝对的测量方法。悬滴法的仅有假设有二悬滴法是一种绝对的测量方法。悬滴法的仅有假设有二：1 1）液滴）液滴处于表面张力和重力的静力平衡；处于表面张力和重力的静力平衡；2 2）悬滴呈中心轴对称。对于粘度在）悬滴呈中心轴对称。对于粘度在100 Pas 100 Pas 以下的液体，其实要做到这二点并不难，只要保证形成的悬以下的液体，其实要做到这二点并不难，只要保证形成的悬滴不要太小就基本可达到）。基于数

11、字图像的悬滴法唯一需要校正的，滴不要太小就基本可达到）。基于数字图像的悬滴法唯一需要校正的，或者更准确地说，需要测量的是图像的放大倍数，这可通过对已知尺寸或者更准确地说，需要测量的是图像的放大倍数，这可通过对已知尺寸的、用来形成悬滴的毛线管的、用来形成悬滴的毛线管/针管的图像的同时测量来获得，由此引入针管的图像的同时测量来获得，由此引入的系统误差可控制在的系统误差可控制在0.1%0.1%左右。左右。悬滴法优点操作最简便、省时操作最简便、省时。悬滴法在计算机数字化后已成为所有方法中。悬滴法在计算机数字化后已成为所有方法中操作上最方便、简易的方法，能很快取得准确可靠的结果。测量操作上最方便、简易的

12、方法，能很快取得准确可靠的结果。测量一液体的表面张力应可在数分钟内完成。一液体的表面张力应可在数分钟内完成。测量范围广测量范围广：小至约：小至约0.001mN/m0.001mN/m，大到上百上千，大到上百上千mN/mmN/m都可用这一都可用这一方法测量。没有其它的经典测量方法可与此相比拟。方法测量。没有其它的经典测量方法可与此相比拟。测量精度高，重复性好测量精度高，重复性好：如前所述，现代的、基于液滴整个轮廓：如前所述，现代的、基于液滴整个轮廓分析的悬滴法在一般实验条件下精度就可以达到约分析的悬滴法在一般实验条件下精度就可以达到约0.1%0.1%。这一精。这一精度可与最准确的经典测量方法相比美

13、。度可与最准确的经典测量方法相比美。是所有方法中液体用量最小的方法是所有方法中液体用量最小的方法。液滴小至约。液滴小至约1010微升就能准微升就能准确测定，所以原则上只需要几十微升的液体就可测量。确测定，所以原则上只需要几十微升的液体就可测量。测量的探针对形成的表测量的探针对形成的表/界面施加的影响最小界面施加的影响最小 对液体的粘度最不敏感对液体的粘度最不敏感：由于上述的很小的接触面积，使得液滴：由于上述的很小的接触面积，使得液滴能很快达到平衡，所以悬滴法是最适合测量高粘度液体的方法能很快达到平衡，所以悬滴法是最适合测量高粘度液体的方法。非常适合高温、高压下的测量非常适合高温、高压下的测量。

14、悬滴法常被用于温度高达上千度，。悬滴法常被用于温度高达上千度，压力高达几百巴的环境下的测量。压力高达几百巴的环境下的测量。适用于进行动态测量适用于进行动态测量：此方法的动态测量尤其适合研究表面活性剂：此方法的动态测量尤其适合研究表面活性剂体系。不但可以考察表面活性剂的扩散速度，而且可以测量体系。不但可以考察表面活性剂的扩散速度，而且可以测量CMCCMC，表面活性分子在表面所占的面积等。表面活性分子在表面所占的面积等。适用于进行表面粘适用于进行表面粘/弹性（弹性（Surface RheologySurface Rheology）的研究）的研究。悬滴法优点ThankYou!此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢