芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

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天然和合成宝石的表面张力怎么测

招财猫开奖网站 www.betterbodygear.com 来源:岩矿测试 浏览 458 次 发布时间:2023-05-25

本文运用现代仪器(FTA200动态接触角测量仪)测量了15个天然和合成宝玉石品种(钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆、碧玺、托帕石、翡翠、琥珀等),以及经覆膜和充填2种处理方法的宝玉石样品(镀膜钻石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧玺)的表面接触角,并运用公式计算其表面张力。


接触角的测量方法根据直接测量物理量的不同可以分为量角法、透过法、测力法和长度法。量角法直观,但测试结果受操作者影响,误差较大;透过法适用于固体粉末;测力法运用电子天平,读数较精确,德国KRUSS公司的动态表面能分析仪基于此方法设计制造;长度法形式之一的小液滴法(球冠)是当液滴足够小时,重力可以忽略,液滴是理想的球冠型,测量在固体平面上小液滴的高度(h)和宽度(2r),二者关系可以表示为如下公式:


sinθ=2hr/(h2+r2)(1)


通过测量h和r,可以根据公式(1)计算出接触角θ。本次实验采用的美国FTA公司的表面张力动态接触角分析系统依据此原理设计制造。该方法受操作者影响较小,误差小,但公式(1)需满足一些假设条件,这些条件在实际测量中可能无法满足,如液滴的体积不是非常小,重力影响不能忽略,液滴在粗糙表面、多相表面的接触角不是轴对称,因此会带来一些误差。


本次实验选用运用此原理的美国FTA仪器,是基于被测样品的特点,宝玉石本身体积小,对测试液滴的尺寸要求较小,且宝玉石表面经过抛光后较为光滑,可能造成的误差较小。


测量方法


测量仪器


仪器选用可测量被测物体的表面张力和接触角的表面张力测试仪,该仪器能够精确地显示液滴的外观,并装备了易于调整的样品台,内置计算机控制的进样系统定位方便,可控制小剂量给样。使用的控制液滴大小的测试针头是27 Gauge。


实验样品及测量过程


(1)实验样品


本次实验选用钻石、镀膜钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆(CZ)、红宝石、合成红宝石、蓝宝石、合成蓝宝石、橄榄石、透辉石、长石、黄水晶、碧玺、充填碧玺、托帕石、覆膜托帕石、翡翠、覆膜翡翠、琥珀、覆膜琥珀共计21粒。


选用去离子水作为检测液体。


实验仪器误差为1%。


(2)测量过程


在相同实验条件下分别对21粒待测样品逐一清洗,进行测试并记录数据。具体测量步骤如下。


①用酒精清洁样品表面。


②将待测样品放置在样品台上,固定宝石并使宝石待测表面水平。


③使用计算机软件调节控制液体体积及液滴速率,待液滴稳定后,微调样品台,使液滴与样品台上的样品触碰,测量样品的接触角。

本次实验已知水的表面张力72.8 mN/m(20℃),利用公式计算得出各宝玉石品种的表面张力分别为:钻石67.4 mN/m,合成碳硅石68.6 mN/m,合成立方氧化锆(CZ)71.5 mN/m,红宝石60.5 mN/m,合成红宝石58.8 mN/m,蓝宝石60.1 mN/m,合成蓝色宝石60.3 mN/m,橄榄石66.6 mN/m,透辉石70.5 mN/m,长石71.2 mN/m,黄水晶71.5 mN/m,碧玺67 mN/m,托帕石72.3 mN/m,翡翠70.4 mN/m,琥珀49.9 mN/m。从表面张力数值的差异可以看出,部分不同品种宝玉石的表面张力数值有较大差异,如钻石67.4 mN/m,红宝石60.5 mN/m,琥珀49.9 mN/m;也有部分其表面张力数值较为接近,如长石71.2 mN/m,黄水晶71.5 mN/m。因此,表面张力数值仅可作为宝玉石品种的辅助鉴定依据。