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芬蘭Kibron專注表面張力儀測(cè)量技術(shù),快速精準(zhǔn)測(cè)量動(dòng)靜態(tài)表面張力

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天然和合成寶石的表面張力怎么測(cè)

來(lái)源:巖礦測(cè)試 瀏覽 784 次 發(fā)布時(shí)間:2023-05-25

本文運(yùn)用現(xiàn)代儀器(FTA200動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x)測(cè)量了15個(gè)天然和合成寶玉石品種(鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯、碧璽、托帕石、翡翠、琥珀等),以及經(jīng)覆膜和充填2種處理方法的寶玉石樣品(鍍膜鉆石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧璽)的表面接觸角,并運(yùn)用公式計(jì)算其表面張力。


接觸角的測(cè)量方法根據(jù)直接測(cè)量物理量的不同可以分為量角法、透過(guò)法、測(cè)力法和長(zhǎng)度法。量角法直觀,但測(cè)試結(jié)果受操作者影響,誤差較大;透過(guò)法適用于固體粉末;測(cè)力法運(yùn)用電子天平,讀數(shù)較精確,德國(guó)KRUSS公司的動(dòng)態(tài)表面能分析儀基于此方法設(shè)計(jì)制造;長(zhǎng)度法形式之一的小液滴法(球冠)是當(dāng)液滴足夠小時(shí),重力可以忽略,液滴是理想的球冠型,測(cè)量在固體平面上小液滴的高度(h)和寬度(2r),二者關(guān)系可以表示為如下公式:


sinθ=2hr/(h2+r2)(1)


通過(guò)測(cè)量h和r,可以根據(jù)公式(1)計(jì)算出接觸角θ。本次實(shí)驗(yàn)采用的美國(guó)FTA公司的表面張力動(dòng)態(tài)接觸角分析系統(tǒng)依據(jù)此原理設(shè)計(jì)制造。該方法受操作者影響較小,誤差小,但公式(1)需滿足一些假設(shè)條件,這些條件在實(shí)際測(cè)量中可能無(wú)法滿足,如液滴的體積不是非常小,重力影響不能忽略,液滴在粗糙表面、多相表面的接觸角不是軸對(duì)稱,因此會(huì)帶來(lái)一些誤差。


本次實(shí)驗(yàn)選用運(yùn)用此原理的美國(guó)FTA儀器,是基于被測(cè)樣品的特點(diǎn),寶玉石本身體積小,對(duì)測(cè)試液滴的尺寸要求較小,且寶玉石表面經(jīng)過(guò)拋光后較為光滑,可能造成的誤差較小。


測(cè)量方法


測(cè)量?jī)x器


儀器選用可測(cè)量被測(cè)物體的表面張力和接觸角的表面張力測(cè)試儀,該儀器能夠精確地顯示液滴的外觀,并裝備了易于調(diào)整的樣品臺(tái),內(nèi)置計(jì)算機(jī)控制的進(jìn)樣系統(tǒng)定位方便,可控制小劑量給樣。使用的控制液滴大小的測(cè)試針頭是27 Gauge。


實(shí)驗(yàn)樣品及測(cè)量過(guò)程


(1)實(shí)驗(yàn)樣品


本次實(shí)驗(yàn)選用鉆石、鍍膜鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯(CZ)、紅寶石、合成紅寶石、藍(lán)寶石、合成藍(lán)寶石、橄欖石、透輝石、長(zhǎng)石、黃水晶、碧璽、充填碧璽、托帕石、覆膜托帕石、翡翠、覆膜翡翠、琥珀、覆膜琥珀共計(jì)21粒。


選用去離子水作為檢測(cè)液體。


實(shí)驗(yàn)儀器誤差為1%。


(2)測(cè)量過(guò)程


在相同實(shí)驗(yàn)條件下分別對(duì)21粒待測(cè)樣品逐一清洗,進(jìn)行測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)。具體測(cè)量步驟如下。


①用酒精清潔樣品表面。


②將待測(cè)樣品放置在樣品臺(tái)上,固定寶石并使寶石待測(cè)表面水平。


③使用計(jì)算機(jī)軟件調(diào)節(jié)控制液體體積及液滴速率,待液滴穩(wěn)定后,微調(diào)樣品臺(tái),使液滴與樣品臺(tái)上的樣品觸碰,測(cè)量樣品的接觸角。

本次實(shí)驗(yàn)已知水的表面張力72.8 mN/m(20℃),利用公式計(jì)算得出各寶玉石品種的表面張力分別為:鉆石67.4 mN/m,合成碳硅石68.6 mN/m,合成立方氧化鋯(CZ)71.5 mN/m,紅寶石60.5 mN/m,合成紅寶石58.8 mN/m,藍(lán)寶石60.1 mN/m,合成藍(lán)色寶石60.3 mN/m,橄欖石66.6 mN/m,透輝石70.5 mN/m,長(zhǎng)石71.2 mN/m,黃水晶71.5 mN/m,碧璽67 mN/m,托帕石72.3 mN/m,翡翠70.4 mN/m,琥珀49.9 mN/m。從表面張力數(shù)值的差異可以看出,部分不同品種寶玉石的表面張力數(shù)值有較大差異,如鉆石67.4 mN/m,紅寶石60.5 mN/m,琥珀49.9 mN/m;也有部分其表面張力數(shù)值較為接近,如長(zhǎng)石71.2 mN/m,黃水晶71.5 mN/m。因此,表面張力數(shù)值僅可作為寶玉石品種的輔助鑒定依據(jù)。