什么是張力計(jì)？張力計(jì)的應(yīng)用及原理

什么是表面張力計(jì)？

表面張力計(jì)是一種測量液體或固體試圖使其表面盡可能小時產(chǎn)生的張力（表面張力）的裝置。

例如，假設(shè)杯子里有液體。杯子內(nèi)部的液體處于穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)榕c周圍分子的分子間力相互吸引并相互抵消，但杯子表面的液體和空氣有一個小的分子間力從空氣側(cè)拉動，所以它會有一個稍微圓潤的形狀。

這就是表面張力，液體的表面張力越高，它膨脹得越多。這個力比較大，是洗滌劑洗滌劑和噴墨機(jī)中的一個重要的物理性質(zhì)。

圖 1. 關(guān)于表面張力

表面張力儀的應(yīng)用

表面張力計(jì)用于清潔劑、食品、焊料等的質(zhì)量控制和研發(fā)。它在噴墨、涂層液、焊料潤濕研究、涂層和微流體領(lǐng)域非常重要。

通過測量并適當(dāng)控制表面張力，可以在制造過程和使用過程中發(fā)生變化，例如氣泡的產(chǎn)生、攪拌的難易程度以及涂層缺陷的存在與否。選擇表面張力儀時，重要的是要考慮評估精度、測量時間、兼容液體類型、測量范圍等。

表面張力儀原理

圖 2. 表面張力計(jì)的類型

已經(jīng)開發(fā)了許多測量表面張力的方法，包括根據(jù)液滴計(jì)算的“懸滴法"、測量表面對平板的拉力的“板法"以及通過施加拉力來拉動環(huán)的力。有兩種方法：環(huán)法，測量液體的高度；毛細(xì)管法，測量液體通過毛細(xì)管上升的高度。

1.平板法（Wilhelmy法、懸浮法） 

測量時，將板提起，使其脫離與待測液體的接觸。測量此時抬起板所需的力，并根據(jù)單獨(dú)測量的板和液體之間的接觸角以及板的尺寸來測量表面張力。即使您不知道接觸角，也可以測量它，因?yàn)槿绻鍧櫇瘢?將為 0。

由于也可以在板靜止時進(jìn)行測量，因此可以測量動態(tài)和靜態(tài)表面張力。另一方面，板必須在一定程度上潤濕，因此通常必須準(zhǔn)備 30 mL 或更多的液體。

2、環(huán)法

測量時，與平板法一樣，將環(huán)形測量裝置從與被測液體的接觸中提起，并測量提起它所需的力。與板法不同，連續(xù)監(jiān)測力，并使用環(huán)和液體分離時的力來測量表面張力。

無法測量表面張力隨時間變化的溶液，例如表面活性劑溶液。 環(huán)法還可以測量薄片長度。薄片是泡沫內(nèi)的薄泡沫膜。如果片層長度長，氣泡即使被拉伸也不會消失，更容易保持穩(wěn)定。

3. 懸滴法

這是一種通過將待測液體固定為液滴并使用方程分析液滴形狀來測量表面張力的方法。由于測量是通過圖像處理等進(jìn)行的，因此精度會根據(jù)測量相機(jī)的性能和所使用的算法而變化。

適用于測量板法難以測量的高粘度液體，以及熔融聚合物和油、水等液體之間的界面張力。

4.毛細(xì)管法

通過測量液體沿毛細(xì)管上升的高度和液體的密度來計(jì)算表面張力。它利用毛細(xì)管作用。

5. 最大泡圧法

氣體通過插入樣品液體的細(xì)管產(chǎn)生氣泡。測量產(chǎn)生氣泡時施加的最大壓力（最大氣泡壓力）并計(jì)算表面張力。

另外，從前端產(chǎn)生新氣泡到達(dá)到最大氣泡壓力的時間稱為氣泡壽命，如果在這段時間表面活性劑被吸附，壓力就會下降，因此在可以測量各種氣泡的動態(tài)表面張力。

如何選擇表面張力儀

圖 3. 表面張力計(jì)對比

每臺表面張力儀都有所需的液體量，以及它擅長和不擅長的液體。請檢查您要測量的液體的物理性質(zhì)以及可以固定的量，以選擇合適的表面張力計(jì)。