Спосіб визначення крайового кута змочування поверхні і пристрій для його здійснення

1. Спосіб визначення крайового кута змочування поверхні, в якому наносять на поверхню рідину у вигляді краплі, спрямовують плоский пучок випромінювання на поверхню таким чином, щоб вся крапля і прилеглі незмочені ділянки поверхні були освітлені, на певній відстані від поверхні реєструють просторовий розподіл інтенсивності пучка, який утворюється при відбитті від освітленої ділянки поверхні або проходженні крізь неї, в зареєстрованому розподілі інтенсивності знаходять граничні лінії зон тіні, вимірюють їх діаметри і розраховують крайовий кут змочування, який відрізняється тим, що об'єм краплі, яку наносять, дозують таким чином, щоб його величина відповідала співвідношенню: 2 3 81770 Прикладом такого підходу є метод лежачої (висячої) краплі, в якому вимірюють висоту і радіус краплі. Щоб виміряти вказані параметри, отримують і обробляють зображення силуету краплі [2]. Точність визначення крайового кута істотно залежить від роздільної здатності, з якою отримують зображення. Суттєвим недоліком цього підходу є обмеження розмірів контрольованої поверхні величинами порядка 10-1м. Другий підхід представляють способи [4-5], в яких вимірюють кут відхилення плоского пучка випромінювання при взаємодії з ділянкою поверхні рідини, що прилягає до межі розділу фаз, а потім розраховують крайовий кут, використовуючи закони відбиття або заломлення. Щоб виміряти кут відхилення, визначають положення тіні, що утворюється завдяки фазовому злому на межі розділу фаз. Точність вимірювань пов'язана з різкістю тіні, яка, в свою чергу, зумовлена дифракційним і геометричним зміненням фронту відбитого випромінювання. Такий підхід дозволяє контролювати поверхні будь яких розмірів. Однак, при низькій і середній змочуваності, коли кривизна поверхні рідини біля межі розділу фаз є значною, тінь при віддаленні від поверхні швидко втрачає чіткість, що значно ускладнює досягнення високої точності. Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу є спосіб [6], який поєднує риси обох згаданих підходів. В цьому способі використовують плоский пучок лазерного випромінювання, діаметр якого перевищує діаметр краплі. Пучок направляють під прямим кутом на контрольовану поверхню таким чином, щоб крапля рідини цілком знаходилася в середині освітленої ділянки поверхні. Внаслідок відхилення частини випромінювання на поверхні рідини в пучку, що проходить крізь поверхню, або відбивається від неї, утворюється зона тіні. Границя зони тіні має форму кола. Діаметр цього кола dг і вимірюють в деякій площині, що знаходиться на відстані h від контрольованої твердої поверхні. Також вимірюють діаметр змоченої краплею ділянки dк . Після цього крайовий кут θ розраховують, використовуючи співвідношення, які виводяться з законів відбиття і заломлення світла. Наприклад, якщо діаметр границі зони тіні dг був виміряний в пучку, що відбився від поверхні рідини, для розрахунку крайовий кута θ використовують співвідношення d - dк tg2 q= г 2h Якщо діаметр dг був виміряний в пучку, що пройшов крізь поверхню рідини, то використовують співвідношення d + dк tg q¢ = г 2h sinq¢ tgq = 2 n - sin2 q¢ - 1 де n - показник заломлення рідини. Пристрій для здійснення цього способу включає джерело лазерного випромінювання, оптичну систему, яка розширює пучок 4 випромінювання і спрямовує його на контрольовану поверхню, засіб для реєстрації розподілу інтенсивності випромінювання, що пройшло, або того, що відбилося, і засіб для вимірювання діаметру границі зони тіні. Прототип дозволяє контролювати поверхні будь яких розмірів. Однак, для досягнення високої точності повинні бути виконані деякі вимоги. Перша вимога полягає в тому, щоб крапля мала форму тіла обертання. Друга важлива вимога витікає з тієї обставини, що величини dt, dк , h і різниця dг-dк повинні бути відомими з високою точністю. Для досягнення такої точності крапля рідини повинна бути достатньо великою. Разом з тим, форма великих крапель дуже чутлива до мікро- і макронерівностей твердої поверхні. Внаслідок цього перша вимога може бути виконана лише на дуже гладких і плоских поверхнях. Таким чином, ефективне застосування прототипу можливе лише на тих поверхнях, які мають високі показники щодо площинності та шорсткості. Метою винаходу є створення способу і пристрою, які б забезпечували можливість контролю поверхонь великих розмірів, а також не ставили високих вимог щодо їх якості. Мета досягається за рахунок того, що об'єм краплі точно дозують, а саму його величину Vпідбирають такою, щоб задовольнялося співвідношення. 2 s æ Vö 3 (1) ç ÷