液固界面接触角的测量实验(完整版)实用资料.doc

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1、液固界面接触角的测量实验（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）物质结构与性质分析-液固界面接触角测量实验报告一、实验目的1、了解固体表面的润湿过程与接触角的含义与应用2、了解接触角的常用测量方法，掌握该实验中用到的量高法与量角法的原理3、掌握JC2000C1接触角测量仪的使用方法4、分析实验数据误差的来源与影响接触角的因素二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如果

2、液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即：

3、SV - SL = LVcos (1式中SV，LV，SL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在防腐、减阻、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润

4、湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同, 可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率, 可分为静态接触角、动态接触角( 又分前进接触角和后退接触角 和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体

5、表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。量高法的测量原理：当1滴液体的体积小于6 L时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部。如图3所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h以及与固体接触面的直径2r，就可用式(2计算出接触角。（2）图 3 量高法测接触角量角法的测量原理：1将等腰直角量角器的a、b两边下移，直到使角量角器的a、b两边分别和液滴相切；2然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C，从而确定液滴的最高点C的坐标；3最后绕

6、着C点逆时针转动，转动角度，直到a边和液滴一气体一材料三相交点A相交时，如图4所示，即可求出。=2，又因为=+45，所以有=90+2，只要知道量角器AC边转过的角度 ，就可以计算出接触角。当接触角90。时，量角器的AC边逆时针旋转， 取正值，当接触角90。时，量角器的AC边顺时针旋转， 取负值。图 3 量角法测接触角本实验所用的仪器JC2000C1接触角测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。三、仪器与材料仪器：JC2000C1接触角测量仪实验材料：玻璃表面四、实验要求每个基底，在6个不同位置测量，每个位置测量1次，每次测量用直接测量法，量角法，量高法获得接触角数据。五、实验步

7、骤(1 开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。(2 调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。(3 加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测接触角一般用0.6L1.0L的样品量最佳。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。(4 接样。旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下

8、端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。(5 冻结图象。点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Save as将图象保存在文件夹中。接样后要在20s（最好10 s）内冻结图像。(6 量角法。点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上 键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。(7 量高法。点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保

9、存的图象。然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。六、结果与讨论1、通过JC2000C1接触角测量仪得到玻璃基底六个不同位置的六张冻结图像： 图一 图二 图三 图四 图五 图六2、同一个基底，不同位置和不同方法的接触角数据： 玻璃基底测量方法123456平均直接测量法34.137.241.534.040.241.738.1量角法35.543.546.539.543546.042.4量高法34.7538.8841.4536.5542.1741.9539.29从上述结果可知，几组数据间并无直接相关联系，数据的差异也无规律可循且相

10、差较大。这是由于固体表面的润湿现象, 受到多种难以控制, 而对接触角又是十分敏感的因素的影响（如表面粘污、固体的前处理过程以及滞后现象等）, 往往重现性不高，测量误差也比较大。固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等都会影响实验的结果。在实验操作过程中，液体在基底上形成的液滴的大小对接触角的测量有较大的影响。采用量高法和量角法测定接触角的操作过程中实验操作者在判断位置时也会产生误差。总之，0.61.0ul的样品量都是最佳的，液滴太小受挥发影响过大，液滴太大则重力因素显著；尽量保持一致。测试液滴不应自由落体滴落在固体表面，而应该上升样品平台，触碰悬挂在

11、进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。尽量采用不同的方法，多测几次取平均值。Cu/Mo/Cu轧制复合界面结合特性研究张兵1,孙院军2,王快社1,王莎3(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;2.金堆城钼业股份,西安710077; 3.西部金属材料股份,西安710065摘要:界面是复合材料的重要特征,本文利用金相显微镜和扫描电镜对Cu/Mo/Cu复合材料的界面结合特性进行了研究。重点研究了Cu/Mo/Cu复合材料的界面、复合板的断裂特点和变形温度、变形量对结合强度的影响。研究结果表明:经750加热5-10min,道次变形量55-60%,复合材料的界面结合紧密,且较为平直;材

12、料的界面结合强度随着变形温度和变形量增加,在变形温度为750、变形量55%时,剪切强度值最大77MPa。关键词:轧制;Cu/Mo/Cu;界面结合特性Study on Interface Property of Cu/Mo/Cu Cladding MetalMaterials by RollingZhang Bing1, Sun Yuan-jun2, Wang Kuai-she1, Wang Sha3(1.School of Metallurgy Engineering ,Xian Univercity of Architecture &Technology,Xian, 710055,China

13、;2. Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd, Xian 710077, China; 3. Western metal materials Co.,Ltd, Xian 710065, China Abstract: Interface is the important characteristics of composite materials. In this paper, Interface property of Cu/Cu/Mo cladding materials was studied by optical microscope and SEM. Rese

14、arching of Cu/Cu/Mo composite interface, the fracture characteristics, and the influence of shearing strength with by deformation temperature and the deformation. The results show that: the interface of composite materials produced by rolling with 7505-10min and deformation about 55-60%, was bonded

15、tightness and straightness. The shearing strength of composite materals was increased with the increasing of deformation temperature and deformation., The max value of shearing strength was 77MPa after rolling with 750,and deformation 55%.Key words:Rolling;Cu/Mo/Cu;interface propertiesCu/Mo/Cu(CMC复合

16、材料主要应用在电子封装领域。铜具有高的导电和导热性能,钼具有低的热膨胀系数、高温强度等优点,因此,利用两者优异性能制备的复合材料,具有高导电导热、可调的热膨胀系数和特殊的高温性能等优点而备受电子工程师的青睐1-4。特别是随着电子技术高速发展,半导体集成电路的密度越来越大,体积愈来愈小,使电子封装技术向着高密度、大功率、小型化和高性能、高可靠性方向发展,在HB-LED、多芯片组基板材料、热沉散热、雷达航空航天等领域有着广泛的应用前景4,5。目前,国内外生产Cu/Mo/Cu复合材料的方法主要有轧制、爆炸焊接与爆炸焊接+轧制组合法等6-10。相比而言,轧制方法以其成本低、效率高、设备少等优点,是一种

17、极具潜力的大规模生产Cu/Mo/Cu复合材料的制备加工方法7,11。材料间良好的界面结合是轧制复合的关键,由于Cu和Mo的物理和机械性能差异较大,且在固态互不相溶,在制备过程中既要保证复合界面有牢固的结合,又要保证钼板不开裂,这一直是研究的难点12,13,因此,本文研究了在轧制条件下Cu和Mo的界面结合特性,分析了界面结合的内在结合机理。1. 试验材料和试验方法试验材料分别为: Mo-1钼板,规格为125mm155mm3.0mm; T2铜板,规格为150mm200mm3.0mm。其化学成分(wt,%如表1所示:表1 材料化学成分Table 1 Chemical Constituents of

18、Materials牌号Grade化学成分Chemical Constituents (wt,%,Mo_1 0.003C0.004O 0.0021Si 0.0034Fe 0.002Al 0.009Ni 0.0016Ca0.002MgMo余量T20.001Bi0.002Sb 0.002As 0.005Fe 0.005Ni 0.005Pb 0.002Sn0.005S0.06O0.005ZnCu余量试验方法:将经过完全退火、表面打磨处理和清洗后的Mo板和Cu板叠合在一起,用铆钉将四角铆接,并将周边进行密封防止加热时内表面氧化,在电阻炉中750加热5min-10min,取出后在450550二辊轧机上进行

19、轧制,轧辊转速20mm/s,道次变形量50-70%。轧后试样进行热处理,并在每个阶段留取分析试样。试样使用PLOVER-MET型金相显微镜观察材料的金相组织,用WDW100-10t 型电子拉伸机电子拉伸机在室温下对材料的力学性能进行测试,加载速度为1.0 mmmin-1,用东芝S-3400型扫描电镜对拉伸后的试样断口和剥离试样表面进行形貌观察。2. 试验结果及分析2.1 轧制后复合板的界面结合特性 (a 未腐蚀 (b 腐蚀后图1 轧制后复合界面光学显微照片Fig.1 Optical microstructure of interface after rolling(a-before corro

20、sion, b-after corrosion 图1是Cu/Mo轧制后在光学显微镜下观察复合界面的结合照片。从图中可以看出,轧制后的结合界面较为平直,且结合紧密(如图1-a。在光学金相显微镜下观察,复合界面的结合缝隙很小;钼板材晶粒呈扁平纤维状,组织均匀;而铜板材的晶粒呈等轴状,组织不均匀,界面附近的晶粒较远离界面的晶粒小,局部出现孪晶。研究表明,铜和钼金属在机械性能方面存在差异,在复合轧制变形时,铜板先于钼板变形;又因为两种板材表面经过打磨后,表面粗糙度增加,界面间的摩擦系数增加,导致较软的铜金属表面硬化层在变形过程中受到较大摩擦力的作用而易破裂,新鲜金属挤出,镶嵌在钼金属表面层的空隙中,因

21、此,铜表面层金属的变形程度较内部更为剧烈,晶粒在压应力和切向应力的共同作用下发生挤压、扭转,晶粒变的细小。同时,复合轧制变形温度(700在铜再结晶温度上进行,所以Cu在变形过程中发生动态再结晶,晶粒为等轴状。 a 钼板剥离形貌b 铜板剥离形貌图2 复合板结合面剥离后钼和铜表面的SEM照片Fig.2 SEM photographs of Mo and Cu interface after peeling(a- Mo surface, b- Cu surface 图2是复合材料沿界面剥离表面在扫描电镜下观察的形貌图。从图中可以看到钼板侧剥离表面呈断层状起伏(如图2-a,而与之相应的铜侧呈凹凸不平的

22、表面,并存在横向细微裂缝和纵向裂口(如图2b-2箭头,接近钼板侧的基体特征。同时,两侧均存在沿轧制方向棱形条纹,这是板材表面打磨时留下的线性槽。研究表明,钼板变形困难,而铜板经过表面打磨后形成的表面硬化层,在轧制变形过程中在摩擦力和压应力的共同作用下,硬化层破碎(如图2b-1箭头,出现显微空隙,新鲜金属挤出并镶嵌到钼板表面的缝隙中,形成了机械啮合。同时,在剥离过程中,铜金属表面层塑性变形比钼金属的大。2.2 Cu/Mo/Cu复合板的断裂特性 (a(b (c (d图3 拉伸断口形貌Fig.3 SEM photographs of tensile fracture (a-Macro side, b

23、-Photograph of fracture Cu/Mo/Cu复合材料的断裂特性对它的使用性能影响很大,室温下的拉伸断口形貌如图3所示。从图3-a、b中可以看出,Cu/Mo/Cu复合材料在拉伸过程中,两侧Cu发生了明显的颈缩现象,中间的Mo金属有分层断裂的现象,这与钼板在厚度方向由拉得很长的扁状晶粒组成有很大关系。在轧制变形过程中,晶粒在受到严重变形拉长的同时,大量的杂质和缺陷等汇聚到晶界处,形成细小的微裂纹,在拉伸试验中,微裂纹汇聚在一起沿晶界扩展,最终导致钼金属的分层。从界面处局部放大图中(如图3-c看到钼/铜界面结合密实,无明显缝隙,说明在本研究采取的轧制工艺条件下,复合板界面结合良好

24、。铜层断口形貌是明显的韧性断裂,靠近结合面的区域比较平滑,呈纤维状(如图3-d的上部,是裂纹的快速扩展区;而远离界面的区域是断裂的纤维区,有很多的抛物线形状的韧窝,尺寸小,深度浅,是断裂裂纹的产生区(如图3-d下部。说明经过塑性变形后,产生加工硬化,材料的塑性下降。2.3 变形温度和变形量对结合强度的影响界面是复合材料重要特征,其重要性能表征就是界面结合强度。图4是不同轧制工艺条件下的剪切强度。从图中可以看出,复合板的剪切强度随着变形温度(在750以下时的升高总体呈上升趋势,超过750后,结合强度开始下降;变形量在50-60%时,结合强度随着变形量的增加而升高,而当变形量为70%时,结合强度最

25、低。其中变形温度750、变形量55%时,达到最大值 图4 变形温度、变形量和剪切强度的关系图Fig.4 Relational graph of temperature and deformation with shear strength77MPa。这是因为:在较低温度进行轧制时,铜层金属在轧制压力作用下,虽然能够嵌入钼板凹坑,但难以达到整个表面的紧密结合,大部分为原子间的点结合和机械啮合。随着温度的升高和变形量的增加,铜的变形抗力下降,表面硬化层在轧制压力的作用下破碎，新鲜金属挤出，容易镶嵌在钼金属表面的凹坑 中，从而使剪切强度增加；但温度过高，钼板次表面层与表面硬化层的塑性相 差加大，在轧

26、制变形过程中，由于变形的不均匀性和剪切变形的作用，使钼板 表面的硬化层和基体的结合性能下降，从而使结合强度降低。同时，当变形量 较大时，由于受到铜金属表面层发生大变形量的拉应力作用下，钼板表面容易 产生裂纹，因此，剪切强度较低。此外，界面结合强度的大小还与材料表面的 清洁程度、应力分布、硬化程度和保温温度、时间等因素有关。 3. 结论 经 750加热 5min-10min，道次变形量 55-60%，轧制后 Cu/Mo/Cu 复合 材料的界面结合紧密，且较为平直。钼金属层晶粒呈扁平纤维状，组织均匀； 铜金属层的晶粒呈等轴状，大小很不均匀。 轧制 Cu/Mo/Cu 复合材料的界面结合机理是表面硬化

27、层破裂、新鲜铜金 属挤出并镶嵌到钼板表面的缝隙中，形成机械啮合的机制。 Cu/Mo/Cu 复合材料的拉伸断口为：中间钼金属层为分层断裂；两侧铜 金属层是明显的韧性断裂，靠近结合面的区域比较平滑，呈纤维状，是裂纹的 快速扩展区；远离界面的区域有很多的抛物线形状的韧窝，是断裂裂纹的产生 区，对复合材料的强度有一定的影响。 界面的结合强度与变形温度和变形量有着密切的关系，随着变形温度和 变形量的增加，剪切强度总体呈上升趋势，在变形温度为 750、变形量 55% 时，剪切强度值最大 77MPa。 参考文献： 1 Carl Zweben. Metal-Matrix Composites for Elec

28、tronic packagingJ. JOM, 1992, 44(7:15-23. 2 Randall German. Powder. Metallurgy Processing of Thermal Management Materials For Microelectronic ApplicationsJ. The International Journal of Powder Metallurgy, 1994, 30(2：205. 3 牟科强, 邝用庚. Mo-Cu 材料的性能和应用J. 金属功能材料, 2002, 9(2:26-29. 4 张兵,袁守谦,王训宏等, 金属基电子封装复合材

29、料的研究进展J. 稀有金属, 2006, 30(增刊: 90-95. 5 吕大铭. 钼铜材料的开发和应用J. 粉末冶金工业, 2000, 10(6: 30-33. 6 DurstG. A New Development in MetalJ. Cladding of Metals,1956,6(2:1-4. 7 朱爱辉, 王快社, 张兵. 电子封装用 Cu/Mo/Cu 复合材料的工艺研究J. 稀有金 属快报, 2006,25(7:35-39. 8 魏伟,史庆南. 铜/钢双金属板异步轧制复合原理研究J. 稀有金属, 2001, 25(4: 307. 9 郑远谋. 爆炸焊接和金属复合材料J. 复合材

30、料学报, 1996, 16(1 : 14-21. 10 刘斌,白培康, 程军, 卜昭献. 钼/铜复合材料快速成型制备工艺研究J. 中北大 学学报（自然科学版）, 2021, 30(1: 85-89. 11 王莎,王快社,张兵,郭韡. 退火温度对 Cu/Mo/Cu 轧制复合板微观组织和力学 性能的影响J,北京：稀有金属，2021,3：447-450. 12 周俊, 王志法, 崔大田, 吴化波. Cu/Mo/Cu 电子封装材料中 Mo 的分层问题J. 中国钼业, 2007, 31(5: 54-56. 13 姜国圣, 王志法, 何平, 王海山. 表面处理方式对铜钼铜复合材料界面结合效 果的影响J.

31、稀有金属, 2005, 29(1: 6-10. 实验四 光开关特性测量一. 实验目的1 了解光开关的工作原理和内部结构。2 学习光开关的使用方法。二. 实验原理光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。端口是指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用。根据其工作原理，光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关靠光纤或光学元件移动，使光路发生改变。它的优点是：插入损耗较低，一般不大于2dB；隔离度高，一般大于45dB；不受偏

32、振和波长的影响。不足之处是：开关时间较长一般为毫秒数量级，有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。机械式光开关又可细分为移动光纤，移动反光镜，移动耦合器等种类。非机械式光开关则依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率，使光路发生改变。这类开关的优点是：开关时间短，达到毫微妙数量级甚至更低；体积小，便于集成。不足之处是插入损耗大，隔离度低。本实验所用的光开关属于机械式中的移动反射镜2X2类型。其外形如图4.1所示，结构示意图如图4.2所示。图4.1 光开关的外形图球面镜光纤12341234DC5V （a） （b） 图4.2 光开关的结构示意图这种光开关有四个输出端口，还有控制光

33、路转换用的连接电源的正、负两个电极。在这种移动反射镜型光开关中，输入输出端口的光纤都是固定的，球面镜置于受外电场控制的旋转器上。它依靠旋转球面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。当光开关不接DC5V电压时，球面镜的位置如图4.2（a）中所示。此时，端口1与2、3与4接通。当光开关接上DC5V电压时，球面镜旋转90，此时，端口1与3、2与4接通。因此，通过此光开关可以达到光路切换的目的。三. 实验设备1. AV38124A 1.55m单模调制光源2. AV38121A 1.31m 单模调制光源3. AV2498 光纤多用表4. 2X2光开关 5. 一条2kM的光纤链路和一条10kM的光纤链路6

34、. 光时域反射计（OTDR）7. 直流稳压稳流电源四. 实验步骤1.按图4.3将各设备连接起来。2kM的光纤链路和10kM的光纤链路分别通过光纤活动连接器与光开关的端口1、4连接起来。光开关的端口2也通过光纤活动连接器接入OTDR的光输出端。图4.3 光开关与OTDR组合测试图3 光开关工作电压电流的调整。光开关的工作电压为DC4.6V6.0V，工作电流为DC36mA48mA。光开关的两电极先不接上稳压电源，调节稳压电源的输出电压：首先将稳流调节旋钮旋钮顺时针调到最大，然后打开稳压源的电源开关，调节电压调节旋钮，使输出直流电压到约5V左右。再反时针将稳流调节旋钮调到最小，光开关的正、负电极分别

35、与直流稳压电源的正、负极相接，并顺时针调节稳流调节旋钮到约40mA左右。注意：供给电压、电流不能超过光开关要求的工作电压、电流范围。否则会损坏光开关。4 光开关的直流电源先不接通，打开OTDR的电源。调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见10kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口1、2是连通的，并且可以双向传输光信号。（为什么？）5 关闭“START/STOP”键，OTDR停止发出激光，接通光开关的直流电源，调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见2kM光纤链路

36、的测量曲线。这说明光开关的端口4、2是连通的，并且可以双向传输光信号。6 将OTDR接到光开关的端口3，重复步骤（3）、（4）。类似可以证明光开关不接电源时，端口4、3接通；接上电源后，端口4、2通。因此，实验证明：光开关不接DC5V电源时，端口1和2、4和3相通；接上DC5V电源后，端口1和3，4和2相通。再测试光开关各通道对1.55m LD光源和1.31m LD光源的插入损耗，请将下面的测试数据填入表4-1中。7 用光纤多用表分别测出1.55m LD光源和1.31m LD光源的输出光功率P0。8 按图4.3将1.31m LD光源、1.55m LD光源、光开关、光纤多用表和直流稳压稳流电源连

37、接起来。1.31m LD光源接光开关的端口1， 1.55m LD光源接光开关的端口4。光开关先不接通DC5V电源，此时端口1和2、4和3相通，用光纤多用表在端口2和端口4分别测出输出光功率P1-2、P4-3，从而测出光开关端口1-2对1.31m LD光源、光开关端口4-3对1.55m LD光源的插入损耗A1-2、A4-3。9 光开关接上DC5V电源，此时端口1和3、4和2相通，类似用光纤多用表在端口2和端口4分别测出光开关端口1-3对1.31m LD光源、光开关端口4-2对1.55m LD光源的插入损耗A1-3、A1-4。10断开光开关的DC5V电源，交换1.31m LD光源、1.55m LD

38、光源的位置，即1.55m LD光源接光开关的端口1， 1.31m LD光源接光开关的端口4，用类似方法测出光开关端口1-2、1-3对1.55m LD光源、光开关端口4-2、4-3对1.31m LD光源的插入损耗。五. 实验报告1测试光开关各通道的插入损耗时的相关结果填入表4-1中。2. 为什么用OTDR测出光纤链路的特性曲线，就说明这两个端口可以双向传输光信号？3. 如果要将一路光信号分时传输给两个不同的目标，或者一个探测器要分时检测两路光信号，应该将它们如何连接？4. 对测试结果进行分析。图4.3 光开关插入损耗测试图表4-1 光开关各通道插入损耗测试数据表 次 数输 出一 次二 次入口接1

39、.31m 光源入口接1.55m 光源入口接1.55m 光源入口接1.31m 光源光功率的输出（dBm）P0P1-2P1-3P4-2P4-3插入损耗（dB）A1-2A1-3A4-2A4-3平均插入损耗(dB)1-21-34-24-31.31m1.55m物质结构与性质分析-液固界面接触角测量实验报告一、实验目的1、了解固体表面的润湿过程与接触角的含义与应用2、了解接触角的常用测量方法，掌握该实验中用到的量高法与量角法的原理3、掌握JC2000C1接触角测量仪的使用方法4、分析实验数据误差的来源与影响接触角的因素二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程

40、称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2 接触角假定不同的界面间力可

41、用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即： SV - SL = LVcos (1式中SV，LV，SL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在防腐、减阻、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。

42、如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同, 可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率, 可分为静态接触角、动态接触角( 又分前进接触角和后退接触角 和低速动态接触角。按照测试原

43、理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。量高法的测量原理：当1滴液体的体积小于6 L时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部。如图3所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h以及与固体接触面的直径2r，就可用式(2计算出接触角。（2）图 3 量高法测接触角量角法的测量原理：1将等腰直角量角器的a、b

44、两边下移，直到使角量角器的a、b两边分别和液滴相切；2然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C，从而确定液滴的最高点C的坐标；3最后绕着C点逆时针转动，转动角度，直到a边和液滴一气体一材料三相交点A相交时，如图4所示，即可求出。=2，又因为=+45，所以有=90+2，只要知道量角器AC边转过的角度 ，就可以计算出接触角。当接触角90。时，量角器的AC边逆时针旋转， 取正值，当接触角90。时，量角器的AC边顺时针旋转， 取负值。图 3 量角法测接触角本实验所用的仪器JC2000C1接触角测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。三、仪器与材料仪器：JC200

45、0C1接触角测量仪实验材料：玻璃表面四、实验要求每个基底，在6个不同位置测量，每个位置测量1次，每次测量用直接测量法，量角法，量高法获得接触角数据。五、实验步骤(1 开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。(2 调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。(3 加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测接触角一般

46、用0.6L1.0L的样品量最佳。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。(4 接样。旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。(5 冻结图象。点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Save as将图象保存在文件夹中。接样后要在20s（最好10 s）内冻结图像。(6 量角法。点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上 键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。(7 量高法。点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。六、结果与讨论1、通过JC2000C1接触角测量仪得到玻璃基底六个不同位置的六张冻结图像：