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接触角测量仪用于超高温熔体接触角及表面张力测试时的选购注意事项及技术要点

上海梭伦作为美国科诺战略投资公司,连续9年三届被上海市科委认定为上海市高新技术企业。在全面引进美国科诺专业技术,特别是阿莎算法以及TOF相机、超远工作距离镜头后,上海梭伦成为了目前为止唯一可以真正实现超高温条件下测试熔体样品的接触角,特别是表面张力的仪器提供商。目前成熟技术的方案最高温度可达2200摄氏度,真空度可达10-4pa。

熔体接触角熔体接触角及表面张力

熔体接触角及表面张力测量仪

超高温接触角测量仪及表面张力仪长期以来的制约技术包括:

1、显微镜的工作距离所限。

2、软件算法所限。

3、测值精度受密度影响较大。密度测量仪器的技术发展滞后所限。

4、管式炉技术发展所限。

一、显微镜的工作距离所限:

目前为止,显微镜在32mm视野范围 约0.3倍放大倍率情况下,通常的工作距离为360mm左右。而部分镜头厂商虽可以提供970mm左右的显微镜,但此时视野范围高达80mm。放大倍率极低。无法实现高精度的体积计算以及接触角和表面张力计算。

上海梭伦在美国科诺的支持下,全面引进了工作距离可达2米左右的超高清镜头,成像的放大倍率可达 400倍,最小分辨率达接近4um,是真正可用于超清条件下像表面张力和接触角这样的高精度分辨率要求。

在显微镜头解决的前提下,第四项技术限制也变得迎刃而解了。通常的情况下,高温管式炉,特别是带观察窗户的管式炉,由于散热等需要,通常加热区与管口的距离均比较远。大部分的情况下均为1米甚至更远。因而,达到显微镜要求的常非规360mm左右的镜头是无法满足要求的。而1000mm工作距离的镜头因其放大倍率不够,同样也无法满足要求。

而只有美国科诺的超远工作距离镜头可以实现如上的非常苛刻的测试条件要求,即:焦距远,放大倍率高(将米粒放大至少为显示屏幕的1/3)。

超远焦距镜头

二、软件算法所限:

目前为止,大部分商业化的接触角测量仪器提供商均只能够提供测量接触角的仪器。而事实上,仅就接触角测量而言,从界面化学分析角度而言,通常这些商业化的仪器也是不符合要求或不是真正意义上的接触角测量。理由在于:

1、通常的高温熔体接触角测量采用的算法为WH法或θ/2,圆拟合法以及椭圆拟合法。其中,WH法或θ/2,圆拟合法均要求极高的液滴精度控制,有球冠的假设。而高温熔体接触角测量时,量是无法控制的,接触角值是多变的。因而,此时要求有很高的重复性或数据的可对比,显然是一种苛求。而椭圆拟合法也是同样道理,虽然拟合度(拟合线与液滴轮廓线)有所提高,但是,接触角测量是界面化学所涉及的内容,椭圆除了本身也要求有液滴量重复性的控制要求外,同时测量的液滴形态的符合度以及轴对称性也有要求,椭圆拟合仅仅是简单的数学测量工具,是一个显微镜量角度的工具。

而真正意义上的接触角分析,应该是与界面化学相关,目前被专业人士所广泛接受的算法为Young-Laplace方程拟合法。在众多的Young-Laplace方程拟合法中,阿莎算法(ADSA)为最为优秀的算法,其优秀最主要体现为可测试重力影响下的左、右非轴对称条件下的接触角值,并进而分析得出基于表面化学多样性、粗糙度修正后的本征接触角值。

同时,阿莎算法提供了约束停滴法,为目前为止唯一可用于测量熔体表面张力的最为方便的方法。另一种方法为悬滴法,因而本身针头设计以及密度控制(真正密封)非常难,目前暂没有被广泛推广。

如上阿莎算法以及约束停滴法的实现,是超高温接触角及表面张力测量长期以来的瓶颈。目前,上海梭伦已经取得了重大突破,拥有算法中国区的发明专利。

三、密度测量所限:

目前,商业化的超高温密度计不是很多。且,如果为了测量表面张力额外采购一台密度计也是对于用户的成本的增加。阿莎算法可以真正测量得到超高温条件下的密度值,并将密度值参与运算。因而,上海梭伦超高温熔体接触角测量仪及表面张力仪是目前为止较科学、专业的分析仪器。

四、管式炉技术发展所限:

目前商业化的超高温接触角测量仪大部分是采用了专门设计的短长度管式炉。由于炉子工作区与管口距离较短,通常情况下的散热处理、寿命等均成为主要问题。同时,应用范围变得非常小,只能用于测量接触角或表面张力,无法进行常规的超高温条件下的其他实验,成本相对而言较高

上海梭伦引进的超长焦镜头从源头上根本解决了如下问题:

1、可以采用各种标准的管式炉,甚至可以直接使用现有的管式炉,或进行简单的升级管式炉至带观察窗的法兰,即可完成测量要求。成本非常低。

2、可以适用各种标准炉后,可以正常运用炉子进行其他实验,同时通过提供的实时观测系统(镜头、相机、软件),完成以往管式炉运用中一直没有完成的工作。一石多鸟。

综合如上而言,上海梭伦提供的超高温熔体解决方案包括:

1、提供壹套专门的超长焦镜头及其控制系统,成本价约为20万左右人民币;

2、提供壹套专业的常规接触角测量系统,包括进液系统,样品台系统,成本价约为3万元左右;

3、提供壹套阿莎分析软件,用于熔体表面张力和接触角测量;

4、采用自已的管式炉,或升级管式炉的法兰至带观察窗法兰;约1万元以内;

5、采用真空泵以及冷水机;约10万元;(含分子泵)

6、如上4、5项采购时,建议采用中国产标准管式炉,成本价约8万元左右(1750度)

如需要相关技术支持,请与我们的专业工程师联系。

如上技术方案文档资料由上海梭伦及美国科诺拥有版权。未经许可不得转载。侵权必究。

   
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