什么是表面張力計(jì)？

表面張力計(jì)是一種測(cè)量液體或固體試圖使其表面盡可能小時(shí)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?chē)肿拥姆肿娱g力相互吸引并相互抵消，但杯子表面的液體和空氣有一個(gè)小的分子間力從空氣側(cè)拉動(dòng)，所以它會(huì)有一個(gè)稍微圓潤(rùn)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(gè)力比較大，是洗滌劑洗滌劑和噴墨機(jī)中的一個(gè)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(rùn)濕研究、涂層和微流體領(lǐng)域非常重要。

通過(guò)測(cè)量并適當(dāng)控制表面張力，可以在制造過(guò)程和使用過(guò)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(shí)，重要的是要考慮評(píng)估精度、測(cè)量時(shí)間、兼容液體類型、測(cè)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(kāi)發(fā)了許多測(cè)量表面張力的方法，包括根據(jù)液滴計(jì)算的“懸滴法"、測(cè)量表面對(duì)平板的拉力的“板法"以及通過(guò)施加拉力來(lái)拉動(dòng)環(huán)的力。有兩種方法：環(huán)法，測(cè)量液體的高度；毛細(xì)管法，測(cè)量液體通過(guò)毛細(xì)管上升的高度。

1.平板法（Wilhelmy法、懸浮法） 

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

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

2、環(huán)法

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

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

3. 懸滴法

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

適用于測(cè)量板法難以測(cè)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(guò)測(cè)量液體沿毛細(xì)管上升的高度和液體的密度來(lái)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(guò)插入樣品液體的細(xì)管產(chǎn)生氣泡。測(cè)量產(chǎn)生氣泡時(shí)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(shí)間稱為氣泡壽命，如果在這段時(shí)間表面活性劑被吸附，壓力就會(huì)下降，因此在可以測(cè)量各種氣泡的動(dòng)態(tài)表面張力。

如何選擇表面張力儀

圖 3. 表面張力計(jì)對(duì)比

每臺(tái)表面張力儀都有所需的液體量，以及它擅長(zhǎng)和不擅長(zhǎng)的液體。請(qǐng)檢查您要測(cè)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)。