一种歧管、包含其的多孔薄膜的渗透率检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及渗透率检测技术领域，特别设及一种歧管、包含其的多孔薄膜的渗透 率检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 多孔薄膜的水平渗透率是决定其毛细管润湿W及流动性等特性的重要流体力学 属性。多孔介质的流体渗透率在著名的达西定律(Darcy's Law)有描述，达西定律认为渗透 率反映了多孔材质对于流体流动的阻碍作用。渗透率在Ξ维空间具有Ξ个分量。对于一个 多孔薄膜而言，渗透率包含两个平面渗透率(in-plane permeabi 1 ity，又称水平渗透率）W 及穿过平面渗透率(t虹OU曲-plane permeability)。达西定律的计算公式如式（1)，
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…
[0004] 其中，Q是体积流量速率，A是垂直于流动方向的横截面积，κ(κ即Kappa)是材料的 渗透率(K可W是水平渗透率或者穿过平面渗透率），μ是流体的动态粘度，^是沿流动路径 的压力梯度。由于密封不良而导致流体泄露，使得通过实验采用液体渗透率表征渗透率非 常困难，也就是说，流体泄漏影响了多孔薄膜的渗透率检测的准确度。
[0005] 达西定律在渗透率研究的许多领域得W应用。穿过平面渗透率在服装面料等的领 域已取得一定的研究成果。水平渗透率对于优化模具结构具有帮助，而研究人员对于纳米 等微观制造技术中的多孔薄膜的渗透率十分感兴趣。比如，其在水处理中的应用，渗透率是 理解水、氧气和细菌等的透过过滤器的关键点。再如，研究人员对于角膜的渗透率加 W研 究，W便学习其功能。长久W来，在通过实验直接测试多孔薄膜的水平渗透率上一直面临困 难，原因在于薄膜侧壁的横截面积小而难于实现流体的密封。已有的渗透率检测方法主要 针对宏观材料，即样品材料的体积在毫米级W上。对微纳米级别的薄膜的渗透率表征也停 留在穿过平面渗透率上，而对水平渗透率的测量一直存在检测操作不便、难W实施、精确度 差的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种歧管、包含其的多孔薄膜的渗透率检测系统及方法， 其能够直接检测出多孔薄膜等的水平渗透率，具有广阔的应用前景。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种歧管，所述歧管用于在多孔 薄膜的渗透率检测中引导流体通过多孔薄膜;所述歧管包含一个进气口，一个出气口，一个 中屯、槽和两个边槽;其中，所述进气口连通所述中屯、槽，所述边槽连通所述出气口；所述进 气口与所述出气口位于所述歧管相对的两个面，所述中屯、槽和所述边槽位于不同于所述进 气口与所述出气口所在面的第Ξ面，且两个边槽与所述中屯、槽平行设置，并分布在所述中 屯、槽两侧。
[0008] 本发明的实施方式还提供了一种多孔薄膜的渗透率检测系统，包含如前所述的歧 管、注射累、压力传感器;所述压力传感器连接在所述注射累和所述进气口之间；其中，所述 注射累用于在多孔薄膜的渗透率检测中提供可调节流速的流体;所述压力传感器用于在多 孔薄膜的渗透率检测中检测所述进气口与所述出气口之间的压力差。
[0009] 本发明的实施方式还提供了一种多孔薄膜的渗透率检测方法，采用如前所述的多 孔薄膜的渗透率检测系统进行检测;所述多孔薄膜的渗透率检测方法包含W下步骤:将待 测多孔薄膜放置在所述歧管下方，其中，所述歧管有中屯、槽和边槽的一面接触所述待测多 孔薄膜;采用所述注射累提供一定流速的流体流;待所述压力传感器测得的流体压力达到 稳定状态时，读取压力传感器显示的压力差测量值;根据注射累的流体流速和压力差测量 值，采用达西定律计算所述待测多孔薄膜的渗透率。
[0010] 本发明实施方式相对于现有技术而言，歧管包含一个进气口，一个出气口，一个中 屯、槽和两个边槽，且进气口连通中屯、槽，两个边槽连通出气口，而且两个边槽与中屯、槽平行 设置，并分布在中屯、槽两侧，从而，可W通过进气口将外部流体引入歧管的中屯、槽，而流体 经由中屯、槽渗透入多孔薄膜，并从多孔薄膜的中屯、向两端水平渗透，再渗透至两边槽，经由 两边槽排出歧管外部，进而提供了多孔薄膜水平渗透率测试所需的流体引导功能。
[0011] 本发明的多孔薄膜的渗透率检测系统及检测方法相对于现有技术而言，包含歧 管、注射累、压力传感器，且压力传感器连接在注射累和进气口之间，注射累用于在多孔薄 膜的渗透率检测中提供可调节流速的流体，而压力传感器用于在多孔薄膜的渗透率检测中 检测歧管进气口与出气口之间的压力差。从而，根据检测到的压力差和注射累的流体流速 计算多孔薄膜的水平渗透率，实现了多孔薄膜水平渗透率的直接检测。
[0012] 优选地，所述多孔薄膜的渗透率检测系统还包含用于密封的压力产生装置;所述 压力产生装置位于所述歧管的正上方，其产生的密封力作用于所述歧管上一平面，该平面 与所述中屯、槽和所述边槽所处平面相对。从而，可W提高渗透率检测的精度。
[0013] 优选地，所述密封力产生装置包含一金属盒，一金属臂和一承重球;所述金属臂的 一端安装所述承重球，另一端安装所述金属盒；当所述密封力产生装置在多孔薄膜的检测 中提供密封力时，所述金属盒内放置可调节重量的破码，所述承重球抵持于所述歧管;所述 金属盒的水平边缘设有水平仪，通过所述水平仪调整所述金属盒使其保持水平，并使密封 力保持垂直。从而不仅可W灵活调节密封力的大小，而且使得密封力的作用更均匀。
[0014] 优选地，所述多孔薄膜的渗透率检测系统还包含溫度控制装置;所述溫度控制装 置位于待测多孔薄膜下方，在多孔薄膜的渗透率检测中提供合适的溫度，用来帮助多孔薄 膜与歧管的所述中屯、槽和所述边槽所处平面能够更好的密封。
[0015] 优选地，所述溫度控制装置包含加热板，热电偶和溫度控制电路;所述待测多孔薄 膜放置在所述加热板上，所述热电偶贴附于所述多孔薄膜;所述溫度控制电路接收所述热 电偶反馈的溫度，控制所述加热板进行加热，直到溫度维持在合适的溫度。从而可W实现溫 度的自动控制，简化测试过程。
[0016] 优选地，在所述采用达西定律计算所述待测多孔薄膜的渗透率的步骤中，采用边 缘因数对达西定律的计算公式进行修正。
[0017] 优选地，所述边缘因数通过W下方法快速得到：制作2张不同尺寸规格的多孔薄 膜;其中，第一多孔薄膜的四条边都大于歧管与多孔薄膜的接触面的四条边，第二多孔薄膜 之平行于歧管中屯、槽或者边槽的边的长度与中屯、槽或者边槽的长度相等且第二多孔薄膜 的另一组对边的边长大于所述歧管与所述第二多孔薄膜的接触面所对应的边;分别检测所 述第一多孔薄膜和所述第二多孔薄膜的渗透率;将所述第二多孔薄膜的渗透率与所述第一 多孔薄膜的渗透率的比值作为所述边缘因数。从而可W方便、快速获取边缘因数。
[0018] 优选地，所述边缘因数通过W下方法精确得到：制作2张不同尺寸规格的多孔薄 膜;其中，第一多孔薄膜的四条边都大于歧管与多孔薄膜的接触面的四条边，第二多孔薄膜 之平行于中屯、槽或者边槽的边的长度与中屯、槽或者边槽的长度相等且第二多孔薄膜的另 一组对边的边长大于所述歧管与所述第二多孔薄膜的接触面所对应的边;分别检测所述第 一多孔薄膜和所述第二多孔薄膜在W下两种状态下的线性因子:第一状态:采用中屯、槽作 为进气槽，2个边槽作为出气槽;第二状态:采用2个边槽中的一个作为进气槽，另一个边槽 和中屯、槽通过接触非多孔材料(如多孔薄膜的基底材料)实现密封，流体通过多孔薄膜释放 到周围环境中；其中，所述线性因子为稳定状态下压力差测量值与体积流量速率的比值;将 第二薄膜在第二状态的线性因子与第一薄膜在第二状态的线性因子的比值乘W第一薄膜 在第一状态的线性因子与第二薄膜在第一状态的线性因子的比值，得到所述边缘因数。从 而，可W提高边缘因数的精度，进而得到更为精确的渗透率。
【附图说明】
[0019] 图1是根据本发明第一实施方式歧管的结构示意图；
[0020] 图2是根据本发明第二实施方式多孔薄膜的渗透率检测系统的结构示意图；
[0021] 图3是根据本发明第二实施方式歧管上破码重量由轻到重或者由重到轻时稳定状 态下流体压力与密封力关系曲线图；
[0022] 图4是根据本发明第Ξ实施方式多孔薄膜的渗透率检测方法的流程图；
[0023] 图5a是根据本发明第Ξ实施方式第一种样品的微观结构示意图；
[0024] 图化是根据本发明第Ξ实施方式第二种样品的微观结构示意图；
[0025] 图6是根据本发明第四实施方式气流经歧管中屯、槽渗透通过多孔薄膜而入两边槽 的气流路径示意图，箭头代表的气流路径属于非边缘渗透；
[0026] 图7是根据本发明第四实施方式歧管与多孔薄膜之间具有边缘渗透的流体路径示 意图；
[0027] 图8a是根据本发明第四实施方式A1状态下第一多孔薄膜与歧管位置结构示意图 及流体渗透路径示意图；
[0028] 图8b是根据本发明第四实施方式A2状态下第二多孔薄膜与歧管位置结构示意图 及流体渗透路径示意图；
[0029] 图8c是根据本发明第四实施方式B1状态下第一多孔薄膜与歧管位置结构示意图 及流体渗透路径示意图；
[0030] 图8d是根据本发明第四实施方式B2状态下第二多孔薄膜与歧管位置结构示意图 及流体渗透路径示意图。
【具体实