Спосіб контролю змочуваності рідиною поверхні твердого тіла

Спосіб контролю змочуваності рідиною поверхні твердого тіла, що включає нанесення на твер 3 97595 зовано наносять досліджувану рідину, після чого здійснюють оцінку якості змочувальних властивостей рідини та твердого тіла порівнянням часових залежностей зміни ємності при змочуванні досліджуваної поверхні еталонною, наприклад дистильованою водою, і досліджуваною рідинами. Суть методу полягає у наступному. Визначається залежність між розтіканням рідини та швидкістю зміни ємності конденсатора, між обкладками якого знаходиться зразок досліджуваної твердої поверхні, на який дозовано наноситься досліджувана рідина. Кількісно змочуваність визначається за крайовим кутом змочування , який залежить від поверхневих натягів контактуючих фаз згідно з рівнянням Юнга [Русанов А.И., Прохоров В.А. Межфазная тензометрия. – СПетербург.: Химия, 1984.-397 с.]: тг  тр , cos   рг де тг - поверхневий натяг на межі розділу тверде тіло-газ - в мН/м, тр - поверхневий натяг на межі розділу тверде тіло-рідина - в мН/м, рг - поверхневий натяг на межі розділу рідина-газ - в мН/м. Поряд з великою кількістю методів для вимірювання рг , не існує на даний час достатньо точних методів для вимірювання інших двох поверхневих натягів на границях розділу твердого тіла з рідиною та газом. На основі залежності Клаузіуса-Мосотті, яка пов'язує поляризованість молекул твердого тіла та його поверхневу енергію, встановлено залежність між поверхневим натягом твердого тіла та його діелектричними властивостями [Curtis F. Holmes. On the relation between Surface tension and Dielectric Constant. J. Amer. Soc, 1973.-1014-1015 pp.]: тг  27N4h2e2sZM 303   13 642 рг mr 43N3   23 A , де N - концентрація молекул; -34 h=6,6262·10 - стала Планка - в Дж·с; 19 е=1,6022·10 - заряд електрона - в Кл, -31 m=9,1095·10 - маса електрона - в кг, s – валентність, Z - кількість вільних електронів,  - поляризованість, r - міжмолекулярна відстань - в м,  - діелектрична проникність, М - молярна маса речовини – в кг/моль, 3  - густина речовини - в кг/м , 23 1 NA=6,02210 - число Авогадро - в моль* , -12 0=8,854210 - абсолютна діелектрична проникність - в Ф/м. З урахуванням сталого значення для конкретного твердого тіла всіх вищевказаних величин, саме за зміною значення є в процесі поляризації та значення рг можна контролювати тг. В свою чергу, зміна діелектричної проникності визначає зміну ємності конденсатора, між обкладками якого 4 знаходиться дане тверде тіло з діелектричною проникністю 1, з нанесеною на його поверхню рідиною з діелектричною проникністю 1. Виведена залежність зміни ємності від значень діелектричних проникностей, яка теоретично обґрунтовує запропонований спосіб:   1     C'  2 C'0 C0  1  2  0 1  ln 1  k 2  ,   2 1   2  1 41h     де   k 1 2 , 1   2 h - товщина діелектричного зразка - в м, C '0 - початкова ємність без рідини - в Ф. Спосіб реалізується наступним чином. На тверде діелектричне тіло, яке розміщене в конденсаторі, наноситься рідина і визначається динаміка зміни ємності за рахунок змочування і розтікання рідини по поверхні, що приводить до зміни загальної діелектричної проникності простору між обкладками конденсатора. Тут і далі терміном "загальна" діелектрична проникність позначена діелектрична проникність, яка включає діелектричні проникності всіх видів середовищ, що входять у простір між обкладками конденсатора. При дослідженні провідного твердого тіла сама його поверхня відіграє роль обкладки конденсатора. Після почергового дозованого нанесення певних об'ємів рідини на поверхню твердого тіла, рідина внаслідок змочування і розтікання змінює свою форму, тим самим змінюючи загальну діелектричну проникність, а значить і ємність конденсатора. Дане вимірювання дозволяє досліджувати як саму рідину, так і взаємодію системи рідина - тверде тіло при безпосередній їх взаємодії. Винахід ілюструється графіком, де на фіг. наведені часові залежності зміни ємності конденсатора, де 1 - залежність для еталонної рідини, 2 залежність для досліджуваної рідини. Оцінка змочувальних властивостей рідини на досліджуваній поверхні твердого тіла здійснюється шляхом порівняння кривих зміни в часі ємності конденсатора при нанесенні на цю поверхню дистильованої води та досліджуваної рідини. За динамікою зміни в часі ємності конденсатора для досліджуваної рідини і порівнянням часової залежності для дистильованої води, яку попередньо наноситься на ту ж саму тверду поверхню, оцінюються змочувальні властивості рідини та даної твердої поверхні. Приклад. Проведено вимірювання динаміки зміни імпедансу опору відносно калібрувальної ємності 15 пФ для двох рідин: пенетранту "Жирінокс" і дистильованої води та побудовано згладжені часові залежності для цих рідин. З отриманих графіків випливає, що крива зміни імпедансу еталонної рідини має істотно більшу крутизну, але менший розкид, а крива зміни імпедансу пенетранту - є більш пологішою, з більшою дисперсією 5 97595 навколо середніх значень. Отже, зменшення кута нахилу та збільшення ширини розкиду виміряних величин свідчить про покращені змочувальні 6 властивості рідини, менший її поверхневий натяг, а значить і інтенсивніша взаємодія між рідиною і твердим тілом. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601