合作客户/
拜耳公司 |
同济大学 |
联合大学 |
美国保洁 |
美国强生 |
瑞士罗氏 |
相关新闻Info
-
> 应用荧光显微镜研究了蛋白质在气-水界面的组装——结果和讨论
> 超低界面张力复配表面活性剂用于渤海X油田水驱后的“挖潜提采”(一)
> 无机粒子对TPAE界面张力、发泡、抗收缩行为的影响(三)
> 表面张力测定仪的测试方法及特点
> 基于界面张力和流变测试研究SiO_2纳米颗粒对各表面活性剂体系性能的影响
> 避免液滴表面张力影响吸附,研发可提升水雾降尘效果的公路施工用降尘设备
> 纳米级复合降凝剂的作用机制、对含蜡原油表面张力的影响
> 表面张力大容易润湿吗,表面张力的影响因素有哪些
> 低表面张力物系在规整填料塔中的流体力学性能和传质性能(一)
> 一文了解什么是马兰格尼效应及其原理、现象和工程应用
基于悬滴法测量硅油黏滞液体的表面张力系数——结果与讨论、结论
来源:大学物理实验 浏览 410 次 发布时间:2025-02-11
2实验部分
实验采用SL200A型接触角仪来产生液滴,获取液滴图像。该仪器的主机如图2所示,主要组成部件为:光源控制部件(可调亮度LED光源)、CCD镜头(75 mm焦距,25帧/秒)、进样器控制部件(可升降12.5 mm,0.01 mm微距)、样品台部件(样品台面50×50 mm)、图像采集卡(25帧/秒)、手动控制微量进样器(10、25、50μL)。实验采用表面张力与接触角分析系统的CAST2.0软件控制拍摄过程。采用连续拍摄方式,图像采集速率为25帧/s,连拍100帧,获取液滴图像。实验样品为黏度系数为50 mm2/s、100 mm2/s、350 mm2/s、500 mm2/s的硅油,其中黏度系数为50 mm2/s、100 mm2/s的硅油密度σ为965 kg/m3,黏度系数为350 mm2/s、500 mm2/s的硅油密度σ为970 kg/m3[14]。
图2 SL200A型接触角仪主机
3结果与讨论
3.1液滴的形成与选择
由于液滴形态是影响表面张力测量准确度的重要因素,液滴的控制与选择是提高测量准确度的关键步骤。图3为采用10μL微量进样器缓慢增加液体量时的液滴形态照片,样品为黏度系数50 mm2/s的硅油,其中图3(a)为液滴刚形成时的形态图像,图3(d)为液滴下落前平衡时的形态图像,图3(e)为液滴下落时的形态图像。根据照片得到悬停液滴的形状因子S=ds/de分别为:(a)0.746;(b)0.744;(c)0.744;(d)0.739,因此,随着液滴中液体量的增加,悬滴从近球形变化为椭球形,形状因子稍稍减小。根据式(3)计算得到不同液滴形态下的硅油表面张力系数,分别为:(a)0.019 1 N/m、(b)0.019 2 N/m、(c)0.019 5 N/m、(d)0.019 7 N/m。由此可见,对于同一种液体,当液滴处于不同形态时,计算得到的表面张力系数存在差别。根据文献[14],黏度系数50 mm2/s的线性结构甲基硅油的表面张力系数为0.020 5 N/m,因此,对于不同形态的液滴,测量的相对误差分别为:(a)6.8%;(b)6.3%;(c)4.9%;(d)3.9%。结果表明,当液滴达到下落前的临界状态时,测量的相对误差最小。实验还采用了25、50μL的微量进样器来产生液滴,发现由于每次液体量的增加较多,表面张力和重力相平衡的临界状态较难控制,难于形成较好的悬滴。因此,采用悬滴法测量液体表面张力系数时,通过小容量(例如10μL)的微量进样器控制液滴形态,选择液滴下落前平衡时的形态图像,可以减小测量的相对误差,获得接近真实值的表面张力系数。
图3液滴从形成到下落瞬间的形态照片
3.2硅油黏滞性对表面张力的影响
根据液滴的形成过程,实验选用液滴下落前的临界悬停状态图像,进一步测量了不同黏滞性硅油的表面张力系数,图4为黏度系数为50、100、350和500 mm2/s硅油样品的悬滴形态照片。
(a)50 mm2/s(b)100 mm2/s(c)350 mm2/s(d)500 mm2/s
根据照片得到悬停液滴的形状因子S分别为:(a)0.746;(b)0.757;(c)0.778;(d)0.789,由式(3)计算得到硅油样品的表面张力系数分别为:(a)0.019 7 N/m;(b)0.019 9 N/m;(c)0.020 1 N/m;(d)0.021 3 N/m。与线性结构甲基硅油的表面张力系数(50 mm2/s的硅油为0.020 5 N/m,350 mm2/s的硅油为0.021 1 N/m[14])相比较,测量的相对误差分别为3.9%、4.7%,接近悬滴法测量液体表面张力系数所能达到的最大精度(相对误差为2%~3%)[13]。根据测量结果,得到硅油表面张力系数随其黏滞系数的变化关系,如图5所示。可见硅油表面张力系数随着黏度系数的增加稍稍增大,硅油黏滞性对其表面张力稍有影响。这种影响与液体内部分子之间的相互作用有关。随着液体黏滞性增加,液体的流动性变差,液体表面对液体分子的约束作用增强,导致其表面张力增大。
黏滞系数/(mm2·s-1)
4结论
本实验采用悬滴法开展了硅油黏滞液体表面张力的测量技术探究。通过微量进样控制技术,并采用动态过程的连续图像采集方法,获得了不同液体量时的液滴形态变化,利用表面张力和重力相平衡的临界状态液滴照片,测量了不同黏滞性硅油的表面张力系数,测量数据的相对误差为4%左右,接近悬滴法测量液体表面张力系数的最大精度。在大学物理实验的拉脱法实验基础上,进一步开展黏滞液体表面张力的悬滴法测量探究,对于拓展大学生的创新实验能力,具有重要作用。