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表面张力测试方法的对比

1)毛细管高度法:

毛细管插入液体后,按静力学关系,液体在毛细管内将上升一定高度,此高度与表而张力值有关。本法理论完整,方法简单,有足够的精确度,是重要的测定方法。欲得准确结果,应注意:

(a)要求毛细管内径均匀;

(b)液体与毛细管的接触角必须是零;

(c)基准液而应足够大,一般认为直径应在10 cm以上液而才能看作平表而;

(d)要校正毛细管内弯曲而上液体质量。

2)鼓泡压力法:

把毛细管捅入液体中,鼓入气体形成气泡,压力升高到一定值时气泡破裂,此最大压差值与表而张力有关,因此也称最大压力法。此法设备简单,操作方便,但气泡不断生成可能扰动液而平衡,改变液体表而温度,因而要控制气泡形成速度,在实际操作中常用的是单泡法。

3)滴重法和滴体积法:

从一毛细管滴出的液滴大小与表而张力有关,直接测定落滴质量的叫滴重法,通过测量落滴体积而推算的叫滴体积法。由于液滴下落的不完整,也需要校正。

4)悬滴法:

从毛细管中滴出的液滴形状与表而张力有关。此法具有完全平衡特点,也要有校正因子,但不算太复杂.主要困难在于保持液油形状稳定不变和防比振动。

5)静滴法:

此法也称停滴法。置液滴于平板上,它将形成一个下半段被截去完整的椭圆体,表而张力与密度差及外形有关,在外形中最重要的是其最大半径值。表达方式有3种不同计算方法,本法要求与固体接触角大于90°。

6)拉环法:

把一圆环从液体表而拉出时最大拉力与圆环的内外半径可决定表而张力。本法属经验力法,但设备简单,比较常用,要求接触角为零,环必须保持水平。

7)吊片法:

用打毛的铂片,测定当片的底边平行液而并刚好接触液而时的拉力,由此可算出表而张力,此法具有完全平衡的特点。这是最常用的实验方法之一,设备简单,操作方便,不需要密度数据,也不要作任何校正。它的要求是液体必须很好润湿吊片,保持接触角为零,测定容器足够大。

液体的表面/界面张力可直接测量。测量的方法大多基于对表面/界面施加一外力,从而引起其变化,通过测量施加的力和/或其变化的程度,就可计算出表面/界面张力的值。

表面/界面张力的测量方法可根据直接测量的物理量分为

1.力测量法

2.压力测量法

3.界面形状分析法

力测量法通常是运用一探针使其与待测的界面接触,然后通过一天平来测量施加/作用在探针上的力。为了保证界面在探针表面上的润湿性,探针通常由金属(如Platinum)制成。常见的方法有:

1. 挂环法(Du Nouy Ring method):这可能是测量表面/界面张力的最经典方法,文献上报道的许多液体的表/界面张力值是用这一方法测得,它甚至可以在很难浸湿的情况下被使用。用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜(类似肥皂泡),同时测量提高环的高度时所需要施加的力。

2.威廉米平板法(Wilhelmy Plate method):这是一种很普遍的测量方法,尤其适用于长时间测量表面张力的测量。测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中所受的力。

其实也可以用其它几何形状的探针如圆棒,球等来代替平板,测量原理相同,被称为改变威廉米平板法(Modified Wilhelmy Plate method)。

压力测量法是通过测量界面两边(两相)的压力差,然后运用上述的杨-拉普拉斯(Young-Laplace)公式来计算表面张力。见的方法有:

1. 毛细管升高法:当液体与毛细管管壁间的接触角小于90度时(浸润的),管内的液面成凹面,弯曲的液面对于下层的液体施加负压力,导致液面在毛细管中上升,直到压力平衡为止。通过测量液面升高的高度,及已知毛细管内径和液体与毛细管管壁间的接触角(通常默认为是0),就可计算出表面张力。这是一很经典及直观的方法,所以经常被用来作为教学示范和学生实验。

2.最大气泡法:泡刚形成时,由于表面几乎是平的,所以曲率半径R极大;当气泡形成半球形时,曲率半径R等于毛细管半径r,此时R值最小。随着气泡的进一步增大,R又趋增大,直至逸出液面。测得了气泡成长过程中的最高压力差,在已知毛细管半径的情况下就能计算出表面张力。

本方法非常适用于测量表面张力随时间的变化,所谓的动态表面张力。

界面形状分析法是基于对一处于力平衡状态的界面的形状的分析,是一种光学分析法。

1.悬滴法/座滴法: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。详细描述参见这里。

2.旋转滴法:可用来测定表/界面张力,尤其适应于低范围(0.1mN/m以下)界面张力的测量。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几何形状。

3.(液滴)体积/重量法: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数量(或平均每个液滴的体积或重量)。

液滴体积/重量法其实是悬滴法的一种极端情况:悬滴的体积/重量增大到无法再由表/界面张力来支撑时,导致表/界面撕裂而掉下。但掉下的并不是整个液滴的全部,有部分剩留在毛细管/针管管端口上,这使得掉下的液滴的体积/重量无法精确计算,需要加入经验校正因子。