接觸角測(cè)量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種接觸角測(cè)量設(shè)備，用于測(cè)量取樣體的表面和配置在所述表面上的樣品液體的至少一個(gè)液滴之間的接觸角，所述設(shè)備包括用于儲(chǔ)存至少一種液體的液體儲(chǔ)存裝置，至少一個(gè)液滴量配裝置，所述液滴量配裝置與所述液體儲(chǔ)存裝置流體連通，并且適合和布置成用于將儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置中的液體的一個(gè)液滴施加到取樣體的表面上，照明裝置，適合和布置成用于從所述至少一個(gè)液滴的第一側(cè)照射由所述至少一個(gè)液滴量配裝置施加并且被配置在所述表面上的每個(gè)液滴，以及圖像記錄裝置，適合并布置成用于從液滴的與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)以側(cè)向觀察記錄所述表面和由所述至少一個(gè)液滴量配裝置施加并且被配置在所述表面上的每個(gè)液滴之間的至少一個(gè)過渡區(qū)域的圖像。
【背景技術(shù)】
[0002]液體在固體表面上的可濕性在許多技術(shù)領(lǐng)域中諸如在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中是非常重要的。例如，諸如涂敷、上漆、清洗、打印、疏水的或親水的涂敷、粘接、分散等過程以決定性的方式受可濕性的影響。
[0003]對(duì)于特定的固體和液體對(duì)，其中可濕性取決于固體的表面自由能和液體的表面張力。鑒于事實(shí)上在將液體施加到固體表面上之后，這些參數(shù)同樣確定了液體表面和固體表面之間在液體表面接觸固體表面的點(diǎn)處的角度，這種所謂的接觸角測(cè)量能夠用作可濕性的量度。在此基礎(chǔ)上，用于相對(duì)于其可濕特性表征固體表面的方法是已知的，該方法通過將具有已知特性(尤其是已知的表面張力)并且充當(dāng)“傳感器”的液體的一個(gè)或多個(gè)液滴施加到感興趣的表面上，并且測(cè)量相應(yīng)的接觸角或角度。當(dāng)利用具有不同極性程度的兩種或多種不同液體時(shí)，更可能的是從測(cè)量的不同液體的液滴的接觸角中推導(dǎo)出表面自由能。
[0004]DE 197 54 765 Cl公開了一種接觸角測(cè)量設(shè)備，適合于執(zhí)行這些類型的方法。它包括:注射器型的液滴量配裝置，適合于計(jì)量滴到固體取樣體的表面上的液體，照明裝置，適合和布置成用于從第一側(cè)照射液滴，以及照相機(jī)，用于從與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)記錄液滴的陰影圖像。此外，設(shè)置了圖像處理裝置，適合于在由照相機(jī)記錄的圖像中執(zhí)行對(duì)液滴輪廓和固體表面的識(shí)別，并且隨后基于識(shí)別的輪廓和表面確定接觸角。
[0005]注射器型的液滴量配裝置，諸如在DE 197 54 765 Cl中所使用的，通過將其接近于液滴將被施加于其上的表面移動(dòng)并且將位于液滴量配裝置的針尖處的液滴從針轉(zhuǎn)移到表面而操作。這種裝置具有的缺點(diǎn)是對(duì)于位于不同位置處的表面，針不得不被移動(dòng)到不同的位置，并且不得不小心操作，從而使針尖不接觸所研宄的表面。而且，液滴從針尖到表面的轉(zhuǎn)移是個(gè)復(fù)雜的過程。因此，整個(gè)液滴量配過程相當(dāng)慢。
[0006]此外，在將要確定表面自由能的情況下，不同液體的兩個(gè)或多個(gè)液滴必須利用同一個(gè)液滴量配裝置一個(gè)接一個(gè)地施加到表面，或者兩個(gè)或多個(gè)注射器型的液滴量配裝置必須被相互鄰近的提供，并且必須被連接到儲(chǔ)存不同液體的儲(chǔ)液器，或者以不同的方式諸如例如通過將液體手動(dòng)吸入液滴量配裝置的活塞腔內(nèi)而提供有不同液體的儲(chǔ)液器。而且，第一種選項(xiàng)具有的缺點(diǎn)是測(cè)量過程的速度甚至進(jìn)一步降低，同樣因?yàn)樾枰苊庖后w相互間的任何污染，第二種選項(xiàng)必須考慮到注射器型的液滴量配裝置是體積相當(dāng)大的。因此，難以充分地相互接近地放置液滴，以便當(dāng)利用常規(guī)的照相機(jī)時(shí)能夠在單個(gè)圖像中記錄它們。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種接觸角測(cè)量設(shè)備，其便于設(shè)備的安全使用并且允許測(cè)量速度增加，以及克服以上缺點(diǎn)。
[0008]該目的通過本發(fā)明所提供的接觸角測(cè)量設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)。
[0009]所述接觸角測(cè)量設(shè)備適合于測(cè)量固體取樣體的表面和配置在所述表面上的樣品液體的一個(gè)或多個(gè)液滴之間的接觸角。在兩個(gè)或多個(gè)液滴的情況下，所述液滴可以是同時(shí)被相互鄰近地配置在所述表面上的液滴，或者是以不同的時(shí)間點(diǎn)配置在所述表面上的液滴，為感興趣的每個(gè)液滴測(cè)量接觸角。
[0010]所述設(shè)備包括用于儲(chǔ)存一種、兩種或多種液體的液體儲(chǔ)存裝置。它具有至少一個(gè)儲(chǔ)液器。在使用兩種或多種液體的情況下，所述液體儲(chǔ)存裝置優(yōu)選地包括相應(yīng)數(shù)量的獨(dú)立儲(chǔ)液器，每一個(gè)儲(chǔ)液器適合用于儲(chǔ)存一種不同的液體。在操作中，將用于在取樣體的表面上形成液滴的一種或更多種液體被儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置中，更具體地被儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置的一個(gè)或更多個(gè)儲(chǔ)液器中。
[0011]所述設(shè)備還包括一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)液滴量配裝置，每一個(gè)液滴量配裝置均與所述液體儲(chǔ)存裝置流體連通，更具體地與所述液體儲(chǔ)存裝置的至少一個(gè)儲(chǔ)液器流體連通。這些液滴量配裝置中的每一個(gè)適合和布置成用于將儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置中的液體的液滴施加到取樣體的表面上。該過程通過計(jì)量液滴而執(zhí)行，可以有利地被實(shí)施，使得液滴具有限定的液滴體積。在提供了兩個(gè)或多個(gè)液滴量配裝置的情況下，它們可以被聯(lián)接到所述液體儲(chǔ)存裝置，從而使它們將同一液體施加到所述表面上的不同位置，例如為了確定表面特性的變化。然而，如下面將進(jìn)一步更加詳細(xì)地解釋說明的，優(yōu)選兩個(gè)或多個(gè)液滴量配裝置被聯(lián)接到儲(chǔ)存不同液體的液體儲(chǔ)存裝置的不同儲(chǔ)液器。
[0012]而且，所述設(shè)備包括照明裝置和圖像記錄裝置。所述照明裝置適合和布置成用于照射由一個(gè)或更多個(gè)所述液滴量配裝置施加并且配置在所述表面上的任何液滴，所述照射從相應(yīng)液滴的第一側(cè)進(jìn)行，并且所述圖像記錄裝置適合和布置成用于從所述液滴的與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)以側(cè)向觀察記錄任何這種液滴或者所述表面和任何所述液滴之間的至少一個(gè)過渡區(qū)域的圖像。因此，所述照明裝置和所述圖像記錄裝置的相對(duì)配置使得液滴的圖像能夠被記錄在背照明的照明配置中，以獲得液滴的陰影圖像。將注意的是，可以為上述液滴中的每一個(gè)記錄獨(dú)立的圖像，或者可以為多個(gè)上述液滴或全部的上述液滴記錄單個(gè)的圖像。
[0013]所述液滴量配裝置中的每一個(gè)包括液體管線或管道，所述液體管線或管道可以包括套管或針和/或管子，并且所述液體管線或管道包括出口和閥，所述閥適合于選擇性地阻擋和允許液體流經(jīng)所述液體管線。所述出口可以由例如噴嘴或者一部分閥提供。所述液體管線適合和布置成將儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置中的液體朝向所述出口引導(dǎo)并且離開所述出口到所述表面上。因此，所述液體管線與至少一個(gè)相關(guān)的儲(chǔ)液器直接或間接流體連通，所述儲(chǔ)液器形成所述液體儲(chǔ)存裝置的一部分。
[0014]所述接觸角測(cè)量設(shè)備進(jìn)一步包括液體加壓系統(tǒng)，所述液滴量配裝置位于其上，用于驅(qū)動(dòng)液體離開它們的相應(yīng)出口到所述表面上，并且所述液體加壓系統(tǒng)適合于對(duì)來自所述液體儲(chǔ)存裝置的液體加壓。所述液體加壓系統(tǒng)可以優(yōu)選地包括或者為壓縮氣體系統(tǒng)，所述壓縮氣體系統(tǒng)包括適合于提供規(guī)定壓力的加壓氣體的加壓氣體源。這種加壓氣體系統(tǒng)適合于利用所述加壓氣體對(duì)來自或儲(chǔ)存在所述液體儲(chǔ)存裝置中的液體加壓。在這點(diǎn)上，包含在液體儲(chǔ)存裝置中的任何儲(chǔ)液器的部分內(nèi)部空間可以適合于保持液體，并且通過介質(zhì)分離部件與所述第一部分分開的另一部分內(nèi)部空間可以充當(dāng)壓力容器，所述加壓氣體被供給至該加壓容器。為了分配所述加壓氣體，所述氣體系統(tǒng)優(yōu)選地包括加壓空氣歧管。所述氣體可以優(yōu)選地為空氣；在這種情況下，所述加壓氣體系統(tǒng)為空氣系統(tǒng)。
[0015]此外，所述接觸角測(cè)量設(shè)備包括連接到每一個(gè)所述液滴量配裝置的閥和所述液體加壓系統(tǒng)的控制器。所述控制器適合于控制并且優(yōu)選地自動(dòng)地控制所述液體加壓系統(tǒng)的操作，尤其是液體被加壓的壓力或者液體被加壓到的壓力，并且為每一個(gè)所述液滴量配裝置打開和關(guān)閉相應(yīng)的閥，以施加相應(yīng)液體的液滴，所述液滴可以有利地在加壓液體的射流中具有從相應(yīng)液體管線的出口到所述表面的規(guī)定液滴體積。該射流被所述液體加壓系統(tǒng)提供的壓力驅(qū)動(dòng)，諸如被來自壓縮氣體系統(tǒng)的加壓氣體驅(qū)動(dòng)，優(yōu)選地為連續(xù)流，但取決于所研宄的液體特性和流動(dòng)參數(shù)，在原理上也可以包括液滴或者由多個(gè)液滴組成。
[0016]所述控制器可以有利地為電子元件，諸如微型控制器，可以和所述設(shè)備的一些或者所有的其余部件一起被集成到一個(gè)公共殼體內(nèi)。然而，例如同樣可能的是將控制器作為獨(dú)立的計(jì)算裝置提供，諸如適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)或PC，被連接到所述設(shè)備的其余部件，并且不和所述設(shè)備的其它部件一起被集成到公共殼體內(nèi)。
[0017]在任何情況下，對(duì)于每一個(gè)所述液滴量配裝置，所述控制器和所述閥適合于使得所述射流以45 μ 1/s或更小的流量將液體施加到所述表面，優(yōu)選地為大約40 μ 1/s或更小，更優(yōu)選地為大約35 μ 1/s或更小，甚至更優(yōu)選地為大約30 μ 1/s或更小，并且最優(yōu)選地為25 μ Ι/s或者大約25 μ Ι/s。然而，所述流量也可以是25 μ 1/s或更小。此外，優(yōu)選所述流量為至少0.05 μ 1/s,優(yōu)選地為至少0.1 μ Ι/s,更優(yōu)選地為至少0.15 μ 1/s,甚至更優(yōu)選地為至少0.2 μ 1/s并且最優(yōu)選地為至少0.25 μ 1/s。在任何情況下，所述流量可以由控制器例如通過控制和調(diào)節(jié)閥的打開程度和/或由液體加壓系統(tǒng)提供的壓力(例如，由壓縮氣體系統(tǒng)提供的加壓氣體的規(guī)定壓力)進(jìn)行控制。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述流量足夠低，以便能夠進(jìn)行精確的測(cè)量。
[0018]由于上述結(jié)構(gòu)，為了將液滴施加到表面而接近于所述表面移動(dòng)針并且將液滴從針尖轉(zhuǎn)移到所述表面不是必要的。而是，用于形成液滴的液體能夠從所述液滴量配裝置的出口排出，并且在出口和表面之間的相當(dāng)大的空間范圍內(nèi)移動(dòng)。在這點(diǎn)上，已經(jīng)驚人地發(fā)