察，以及微量移液管5在操作室3的滴液操作。钢丝2和钢丝7弹性高，不弯曲，且其端部足够细以黏结一个微粒。所述其中一根钢丝2固定在工作台I上，另一根钢丝7的一端固定于压电微悬臂梁传感器9上，保持两根钢丝2、7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；具体是钢丝2黏结微粒4，微粒4是静态微粒；钢丝7黏结微粒6，微粒6是动态微粒。两个微粒4、6的接触点上通过微量移液管6滴加有液体。所述压电微悬臂梁传感器9垂直放置，顶端固定并与示波器8通过电线连接。压电微悬臂梁传感器9下部与毫伏发生器10通过电线连接，毫伏发生器10产生毫伏级直流电压从而使压电微悬臂梁传感器9弯曲。弯曲的压电微悬臂梁传感器带动相连的钢丝7和黏附于其上的微粒6 —起移动，两个微粒逐渐分开，微粒间的液体形成液桥U。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，实现微小黏附力的测量。本发明的操作在显微下完成。
[0016]如图2所示，毫伏发生器10产生直流电压使压电微悬臂梁传感器9弯曲，压电微悬臂梁传感器9带动钢丝7和固定于上的微粒6同时向右移动，使微粒4和微粒6由接触到分开。微粒4和微粒6之间的液体被拉伸，形成液桥11。随着压电微悬臂梁传感器9弯曲量的增加，液桥11逐渐延长变细，并最终断裂，压电微悬臂梁传感器9的弯曲停止。压电微悬臂梁传感器9由于弯曲所输出的电压通过示波器8采集和记录。由于液体量很少，液体被拉伸所形成的液桥11受重力产生的变形很小。
[0017]在测量微小黏附力前，对实验所使用的压电微悬臂梁传感器9进行标定，得到压电微悬臂梁传感器9在弯曲时输出的电压与拉力的关系曲线，通过示波器8显示的电压，就可以得到压电微悬臂梁传感器9弯曲所产生的拉力大小。微粒4和微粒6直径为几十微米甚至更小，所以液桥11由出现到断裂所移动的距离仅为毫米级甚至微米级，其所产生的拉力可认为是水平方向；根据受力分析，当拉动过程匀速时，此水平拉力即为两微粒在液桥作用下的微小黏附力。记录液桥11在产生到断裂过程中示波器8的电压，即可以计算出两个颗粒间液桥所形成的微小黏附力随着两微粒距离增加所产生的变化。
[0018]如图3，显微操纵器12代替毫伏发生器10，显微操纵器12与压电微悬臂梁传感器9用钢丝固定连接。显微操纵器12拉动钢丝使压电微悬臂梁传感器9弯曲，系统其它组成和操作方法与图2相同。
[0019]通过上述操作步骤可以得到两个等径或不等径微粒间，不同液体种类和加入量下的黏附力大小和黏附力随距离的变化规律，从而可以液桥力作用下的黏附力进行定量分析，并验证黏附力的理论结果。
[0020]对于两微粒之间，液桥作用下的毫牛或纳牛级微小黏附力的测量，现有的测量方法主要是通过原子力显微镜测量显微镜探针和单颗粒表面液膜的黏附力。由于探针和微粒的表面粗糙度，以及它们与液体接触角不同，这就造成了测量结果与实际情况的较大差别，对这种黏附力的分析造成了很大困难。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。本发明所提出的方法和装置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。
【主权项】
1.一种黏附力测量方法，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。2.根据权利要求1所述的黏附力测量方法，其特征在于: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。3.一种黏附力测量装置，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。
【专利摘要】本发明涉及一种黏附力测量方法和装置，选用两根高弹性钢丝，一根钢丝的一端固定于压电微悬臂梁传感器上，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；通过毫伏发生器使压电微悬臂梁传感器发生弯曲，带动相连的钢丝和黏附于其上的微粒一起匀速移动，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，实现拉力即微小黏附力的测量。本发明组成、结构合理，操作简便，测量准确，可真正实现液桥作用下两个微粒间微小黏附力的测量，并对此种黏附力的理论分析提供验证。本发明可用于黏附力的分析，对于PM2.5的强化团聚或纳米颗粒的解团聚提供数据支撑和定量分析。
【IPC分类】G01N15/00, G01L1/00
【公开号】CN105092427
【申请号】CN201510513255
【发明人】郝晓文, 张志军, 吴中兵, 王福明, 张桂春
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月20日