Способ определения физико-химических характеристик растекания веществ

 

, т», MICAH

О П И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (?28053

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено )8.09.78 (21) 2665540/18-25 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл.

G 01 14, 13/00

Гвоударстввииый комитет

СССР (23) Приоритет

IIo делам иэобретеиий и открытий

Опубликовано 15.04.80 Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 18.04.80 (53) УДК

543.542 (088.8) В. Г, Гугля и В. М. Бельков (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов, (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКΠ— ХИМИЧГСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

РАСТЕКАНИЯ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к области исследования физико-химических явлений, в частности к методам изучения растекания.

Известен способ изучения процесса растекаIIII путем киносъемки растекающейся капли жидкости (3), Метод киносъемки, используемый для изучения растекания непрозрачных жидкостей, прост, но обладает низкой чувствительностью примерно 10 Г/см .

Известен также способ определения коэффициента диффузии одного вещества в другом (2), имеющий пороговую чувствительность примерно 10 Г/см . Согласно этому способу на пластину кварцевого резонатора наносят вещество, диффузию в котором другого вещества необходимо определить, затем нагревают до нужной температуры. После этого на ту же пластину в зоне нечувствительности резойатора наносят. другое вещество, которое диффундирует в первое. Коэффициент диффузии определяют по изменению частоты колебаний резонатора во времени.

Описанный способ может быть также использован и для изучения растекания жидкостей в очень тонких слоях (3). Этот способ является наиболее близким техническим решением.

Однако этот способ позволяет изучать расте5 кание только в очень тонких слоях не более

100-2ОО А.

Если толщина слоя жидкости на поверхности резонатора превышает некоторую критическую

10 толщину, являющуюся функцией плотности и комплексного модуля сдвиговой упругости жидкости, то колебания резонатора, включенного . в схему автогенератора, иэ-эа потерь энергии в жидком покрытии становятся неустойчивыми или вообще срываются.

Целью изобретения является определение физико-химических характеристик растекания в широком диапазоне толщин наносимого слоя жидкости.

Длязтого по предлагаемому способу пьезоэлектрический резонатор охлаждают до температуры затвердевания исследуемого вещества, измеряя при этом частоту колебаний пьезоэлектрического резонатора.

728053

20

30

QbE

СF(r)= дт(2) 3

Возникновение колебаний резонатора, покрытого затвердевшей пленкой исследуемого вещества, объясняется тем, что потери энергии в твердом вешестве значительно меньше, чем в жидкости. Активное эквивалентное сопротивле- ние резонатора, нагруженного твердой пленкой, практически не меняется. А следовательно, и не меняется режим работы автогенератора, в который включают пьезоэлектрический резонатор.

В общем виде закон имеет вид: 10

R - =At " где А и n — параметры растекания;

R — радиус капли;

t — время

Параметры растекания А и и наносят по экспериментальным кривым зависимости сдвига . частоты колебаний резонатора от времени следующим образом.

Процесс растекания капли исследуемого вещества нанесенного вне зоны чувствительности резонатора имеющей высоту г1, радиус R, массу m, и плотность Я, рассматривают как постепенно утоньшающий цилиндр.

Количество вещества в чувствительной зоне резонатора находят из выражения: о .III(II = — +-1 cIrccog + " gr, О-% Яа1. где Ro — радиус чувствительной зоны; г — текущий радиус; а — расстояние от центра капли исследуемого вещества до центра чувствительной зоны резонатора.

По определению дифференциальная чувствительность резонатора есть где ЬŠ—. полный сдвиг частоты колебаний резонатора под действием массы m.

В общем случае зависимость дифференциаль- ной чувствительности" от радиуса r представляет собой колоколообразную функцию, имеющую максимум в центре чувствительной зонь1 45 и равную нулю вне ее. Вид кривой С (r) находят, например, электрозондовым методом.

С учетом выражений (1) и (2) полный сдвиг частоты резонатора будет О 1 +

%о i$0

И(Ю=7%JCSС)Orcus, lrà, „ r

СЭ)

Интеграл (3) не иМеет аналитического вь.ражеиия. Но графически проинтегрировав его и сопоставив рассчитанную зависимость (3) с экспериментально найденной 6F=BF(t), на-. кодят параметры растекания А и и. ф

Пр и м е р. Кварцевый резонатор ATсреза с собственной частотой Fo = 3,3 МГц помещают в криостат, с помощью которого можно получать и поддерживать любую температуру, вплоть до температуры жидкого азота. Кварцевый резонатор подключают к автогенератору, собранному по схеме емкостной трехточки. Синусоидапьное напряжение с выхода автогенератора усиливают с помощью широкополостного усилителя, а затем подают на вход частотомера. Запись. изменяющейся во времени частоты осуществляют с поьощью цифропечатающего устройства.

При изучении кинетики растекания на нечувствительную область резонатора наносят каплю жидкости, а затем, охлаждая резонатор через каждые 20 — 15 мин, регистрируют измене. ние частоты колебаний резонатора. Для получения кинетических характеристик растекания используют зависимость (3). Кривые в лога рифмических координатах — прямые, поэтому соответствующим изменением масштаба по оси абсцисс получают величины А-и .п.

Полученные таким образом значения А и и равны соответственно для часового масла

С вЂ” 3 0,6 и 4,3 для сквалана 0,3 и 3,7.

Экснерименты показали, что критическая толщина, нри которой срываются колебания резонатора, для сквалана не превышает 50 ,монослоев, т.е. примерно 200 А, ля воды— еще меньше, приблизительно 50 A.

При изучении растекания данным способом толщины наносимых на поверхность резонатора слоев сквалана и часового масла доходили до 10 мкм т.е. в 500 раз превышали критические толщины слоев жидкости, растекание которых можно изучать с помощью прототипа.

Таким образом данный способ имеет значительно больший диапазон по возможным толщинам слоев жидкости, а также простую математическую обработку результатов измерений.

Формула изобретения

Способ определения физико-химических характеристик растекания веществ, включающий нанесение исследуемого вещества на поверхность пьезоэлектрического резонатора в зоне нечувствительности резонатора и измерение частоты колебаний пьезоэлектрического резо- натора, по изменению которой определяют характеристики растекания, отличающийся тем,; что, с целью определения характеристик растекания в широком диапазоне толщин наносимого слоя вещества, пьзоэлектрический резонатор охлаждают до температуры за5 твердевания исследуемого вещества, измеряя при этом частоту колебаний пьезоэлектрического резонатора.

728053

Составитель С. Беловодченко

Техред И.Астапош Коррек ор В, Синицкая

Редактор И. Шубина

Заказ 1130/44

Тираж 1019

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации принятъ е so внимание при экспертизе

1. Г. Хасс и P Тун "Физика тонких пленок"

М., 1970, с. 30 — 54

2. Авторское свидетельство СССР и 252728, кл. 6 01 и 13/00, 1968.

3. Ж. "Заводская лаборатория" л 6, 1972, с. 693 †6 (прототип).