一种黏附力测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微力测量领域，特别涉及一种黏附力测量方法和装置。
【背景技术】
[0002]微粒团聚是化工、材料和环保领域常见的一种现象。在除尘时，颗粒粒径越大越容易收集，反之难收集，因此将PM2.5等微粒团聚，使其直径变大利于除尘；而且团聚形成的团聚体越紧密，越难被再次分散和破坏。衡量微粒团聚效果的根源是团聚微粒间的微小黏附力。微粒间的微小黏附力主要包括范德华力、液桥力、静电力和磁场力等，在润湿条件下，液桥力比其它几种力高1-2个数量级，因此为使微粒形成更紧密的团聚体，通过液桥形成的黏附力是很有效的方法。由于微粒很小，微粒间的微小黏附力也很小，微小黏附力的大小在微牛顿量级，且黏附力随微粒间距的增加而变化，因此测量黏附力尤其是测量两颗粒间液桥的黏附力很困难。而若要得到微小黏附力的变化规律，必须测量两颗粒间在液桥作用下的微小黏附力。压电陶瓷常用于测力，但其很难测量微牛顿量级的微小力。原子力显微镜只能测量显微镜探针和颗粒表面形成液膜的黏附力。美国专利“Apparatus for measuringcohes1n force of particulate materials”(US 4279165)可以用来测量颗粒间作用力，但这种测量装置将许多颗粒放在一起，由于大量颗粒很难有相同的粒径，因此这种装置只能反映某个粒径范围内的黏附力，而无法反映两个颗粒间的实际黏附力。微悬臂梁传感器能测微牛顿量级的微力，比如中国专利“微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构”(CN 102980506 B)，但其结构复杂，难以用来测量两个微粒间在液桥作用下的黏附力。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提出一种组成、结构合理，操作简便，测量准确，效率高的微小黏附力测量方法和装置。
[0004]本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:
一种黏附力测量方法，其特征在于:其包括以下步骤:选用两根高弹性钢丝，一根钢丝固定在工作台上，另一根钢丝的一端固定于压电微悬臂梁传感器上，保持两根钢丝位于同一直线上，两根钢丝靠近的一端分别黏结一个微粒；两个微粒的接触点上滴加有液体；通过毫伏发生器或显微操纵器使压电微悬臂梁传感器发生定量弯曲；弯曲的压电微悬臂梁传感器带动相连的钢丝和黏附于其上的微粒一起移动，两个微粒逐渐分开，微粒间的液体形成液桥；压电微悬臂梁传感器弯曲所输出的电压通过示波器采集和记录，通过压电微悬臂梁传感器的标定得到微粒被压电微悬臂梁传感器拉动时的拉力大小，匀速拉动时，此拉力等于微小黏附力；随着液桥被拉伸，液桥变细并最终断裂，测量结束。
[0005]进一步，所述压电微悬臂梁传感器经过标定，得到输出电压与弯曲量所产生拉力的关系，通过示波器得到微粒被压电微悬臂梁传感器拉动时的拉力大小。
[0006]本发明解决上述技术问题采用的另一技术方案是: 一种黏附力测量装置，其特征在于:其包括工作台，操作室，两根高弹性的钢丝，压电微悬臂梁传感器，示波器，毫伏发生器或显微操纵器；所述操作室位于具有温控和减震功能的工作台上方，操作室两侧设有侧孔，所述其中一根钢丝固定在工作台上，另一根钢丝的一端固定于压电微悬臂梁传感器上，保持两根钢丝位于同一直线上，两根钢丝从操作室侧孔伸进操作室内，靠近的一端分别黏结一个微粒；两个微粒的接触点上滴加有液体；所述压电微悬臂梁传感器顶部固定，并通过电线与示波器连接，压电微悬臂梁传感器下部与毫伏发生器或显微操纵器连接；通过毫伏发生器或显微操纵器使压电微悬臂梁传感器发生定量弯曲；弯曲的压电微悬臂梁传感器带动相连的钢丝和黏附于其上的微粒一起移动，两个微粒逐渐分开，微粒间的液体形成液桥；压电微悬臂梁传感器弯曲所输出的电压通过示波器采集和记录，通过压电微悬臂梁传感器的标定得到微粒被压电微悬臂梁传感器拉动时的拉力大小，匀速拉动时，此拉力等于黏附力，从而实现微小黏附力的测量。
[0007]本发明组成、结构合理，操作简便，测量准确，效率高，可真正实现两个微粒间微小黏附力的测量；进而得到两个等径或不等径微粒间，不同液体种类和加入量下黏附力大小和黏附力变化规律。本发明适用于液桥力以及其所产生黏附力的分析，可以验证液桥力和黏附力的理论公式。可用于微粒团聚领域，对于PM2.5的去除场合，通过本发明可以找到增强团聚效果的方法，从而生成不易破坏的硬团聚体；而对于纳米颗粒等需要解团聚的领域，对解团聚提供数据支撑，并可对团聚领域的力学机理进行进一步的定量分析。
【附图说明】
[0008]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0009]图1是本发明装置的组成结构示意图。
[0010]图2是本发明测量状态的一种示意图。
[0011]图3是本发明测量状态的另一种示意图。
[0012]图中的标号是:1.工作台，2.钢丝，3.操作室，4.微粒，5.微量移液管，6.微粒，7.钢丝，8.示波器，9.压电微悬臂梁传感器，10.毫伏发生器，11.液桥，12.显微操纵器。
【具体实施方式】
[0013]—种黏附力测量方法，其包括以下步骤:选用两根高弹性的钢丝，一根钢丝固定在工作台上，另一根钢丝的一端固定于压电微悬臂梁传感器上，保持两根钢丝位于同一直线上，两根钢丝靠近的一端分别黏结一个微粒；两个微粒的接触点上滴加有液体；通过毫伏发生器或显微操纵器使压电微悬臂梁传感器发生定量弯曲；弯曲的压电微悬臂梁传感器带动相连的钢丝和黏附于其上的微粒一起移动，两个微粒逐渐分开，微粒间的液体形成液桥；压电微悬臂梁传感器弯曲所输出的电压通过示波器采集和记录，通过压电微悬臂梁传感器的标定得到微粒被压电微悬臂梁传感器拉动时的拉力大小，匀速拉动时，此拉力等于微小黏附力；随着液桥被拉伸，液桥变细并最终断裂，测量结束。
[0014]进一步，所述压电微悬臂梁传感器经过标定，标定的原理为胡克定律，标定得到输出电压与弯曲量所产生拉力的关系，通过示波器得到微粒被压电微悬臂梁传感器拉动时的拉力大小。
[0015]如图1所示，一种黏附力测量装置，其包括工作台1，操作室3，两根高弹性的钢丝2、7，压电微悬臂梁传感器9，示波器8，毫伏发生器10或显微操纵器12 ;所述工作台I具有具有温控和减震功能。工作台I可以放于地面，其可以减轻地面震动对测量造成的影响，从而减少测量误差；从而使测量在恒定温度下进行。工作台I上放置操作室3。为减少操作室3的散热，只在朝向实验人员的一侧用玻璃制作，操作室3的另外三个侧面和顶面内部为保温材料，外部用铁皮包裹。操作室3两个保温的对应侧面开口，用于插入微粒连接支撑的钢丝2和钢丝7 ;顶部中心开口，用于显微镜的观