Методика с использованием диаграммы Цисмана

Назначение

Программный модуль с использованием диаграммы Цисмана (‘Zisman’s Plot Tool)’ описывает процесс смачивания и позволяет выдвигать некоторые прогнозы на основе интерполяции и с использованием ряда гомологических жидкостей. Обширная серия измерений контактных углов различных жидкостей с низкоэнергетическими полимерными субстратами была описана Уа.А. Цисманом, изобретателем гониометра фирмы Ramé-Hart, и его коллегами из лаборатории морских исследований. Была обнаружена эмпирическая линейная зависимость между косинусом контактного углa и поверхностным натяжением жидкости в лежащей капле. Экстраполяция линии до значения cos(θ ) = 1 дает значение “критического поверхностного натяжения” субстрата.

Термин “критический” используется потому, что любая жидкость на диаграмме Цисмана, чье поверхностное натяжение больше “критического поверхностного натяжения”, создает конечный контактный угол с субстратом. Значения критического поверхностного натяжения являются полезными эмпирическими

величинами, которые характеризуют степень относительной поверхностной энергии полимерных субстратов. Эмпирический прогноз Цисмана не работает применительно к жидкостям, которые образуют водородные связи или кислотно-основные взаимодействия с субстратом. Эти жидкости спонтанно растекаются по субстрату.

Справочная литература: W.A. Zisman, ACS Adv. Chem. Ser. 43, 1 (1964).

Процедура

Ознакомьтесь с пошаговой процедурой использования модуля диаграмы Цисмана (Zisman’s Plot Tool):

Шаг 1. Откройте модуль Цисмана(Zisman’s Plot Tool).

Шаг 2. Выберите команду File | Open(Файл|Открыть) из меню Zisman’s Plot и откройте один или более файлов, созданных модулем управления контактных углов (CAFC) или модулем измерения контактных углов в программе RH Imaging 2001 (файлы имеют расширение *.ca). В данном примере - это файл Parafilm.ca.

Если в модуле CAFC уже открыт один или более файлов, новые записи будут просто добавляться к уже существующим. Все активные данные приведены в модуле CAFC

Шаг 3. Выберите Solid(Твердое тело) и Liquid(Жидкость) для испытаний из раскрывающихся списков. Нажмите кнопку Add to Graph(Добавить в график). Выберите вторую жидкость (Liquid) и нажмите на кнопку and click on the Add to Graph(Добавить в график). Следует использовать два или более сочетания твердого тела и жидкости для нанесения точек на график.

Примечание: Нажмите кнопку Add ALL to Graph(Добавить все в график) для автоматического нанесения каждой точки на график.

Шаг 5. Критическое поверхностное натяжение для данного твердого тела автоматически вычисляется при выборе двух или более сочетаний твердое тело/жидкость.

Кнопка Close(Закрыть) закрывает окно, но данные окна остаются активными.

Кнопка Reset(Сброс) стирает все активные данные, но не закрывает окно.

Программа определения поверхностной энергии на основе границы твердое тело-жидкость-жидкость (Solid-Liquid-Liquid Surface Energy Tool)

Назначение

Данная программа вычисляет поверхностную энергию данного твердого тела с помощью измеренных контактных углов одной опытной жидкости с твердым телом, последовательно погружаемым в ряд различных жидкостей по методу Шульца и других. Согласно этому методу наносится функция γ W - γ H + γ _WHcos θ против функции (γ W^d ) ^1/2-(γ _H)1/2 , что дает прямую линию с пересечением E SW = 2(γ S ^p γ W ^p ) ^1/2 и наклоном кривой 2(γ S ^d ) ^1/2. Из этих значений вычисляется поверхностная энергия твердого тела, γ S ^d (дисперсионная) и γ S p (полярная). (Здесь W обозначает полярную жидкость, обычно воду, а H - внешнюю неполярную жидкость, обычно какой-нибудь углеводород). Следует отметить, что для этого вычисления понадобится значение межфазового напряжения γ WH. Другая возможная проблема этой методики – взаиморастворимость между двумя жидкостями.

В качестве опытной жидкости обычно используется вода или формамид, а в качестве сплошной (внешней) фазы - ряд углеводородных соединений (гексан, циклогексан, октан, декан, гексадекан). Необходимо использовать, по крайней мере, 2 разных жидкости. Методика особенно полезна для высокоэнергетических твердых тел, таких как металлы и окислы, которые в других обстоятельствах смачиваются большинством жидкостей.

Справочная литература:

J.Schultz, K.Tsutsumi and J.-B. Donnet, J.Colloid Interface Sci 59, 272 and 277 (1977)

Процедура

Ознакомьтесь с пошаговой процедурой использования программы определения поверхностной энергии на основе границы твердое тело-жидкость-жидкость (Solid-Liquid-Liquid Surface Energy Tool):

Шаг 1. Откройте программу Solid-Liquid-Liquid (SLL) Surface Energy Tool.

Шаг 2. Выберите команду File | Open(Файл|Открыть) из меню Solid-Liquid-Liquid Surface Energy и откройте один или более файлов, созданных модулем управления контактных углов (CAFC) или модулем измерения контактных углов в программе RH Imaging 2001 (файлы имеют расширение *.ca). В данном примере - это файл Parafilm.ca. Если в модуле CAFC уже открыт один или более файлов, новые записи будут просто добавляться к уже существующим. Все активные данные приведены в модуле CAFC. В файле CA(контактный угол) помимо данных о контактных углах содержатся данные о поверхностном натяжении.

Шаг 3. Выберите материалы для испытаний Solid(Твердое тело) и жидкость капли Liquid из раскрывающихся списков. Выберите одну внешнюю жидкость(External Liquid) и нажмите кнопку Добавить в график (Add to Graph). Выберите вторую внешнюю жидкость (External Liquid) нажмите кнопку Добавить в график (Add to Graph). Нужно обязательно выбрать две или более внешних жидкостей для нанесения точек на график. В файл CA можно включать значения межфазного напряжения между жидкостью капли(Droplet liquid) и внешней жидкостью (External liquid), если этот файл создан в результате испытаний нормального межфазного напряжения (в этом случае вычисляются контактный угол и межфазное напряжение). Если значение межфазного напряжения отсутствует в файле, окошко межфазного напряжения(Interfacial Tension) станет белым, и вам придется внести туда значение межфазного напряжения.

Note: Нажмите кнопку Add ALL to Graph (Добавить все в график) для автоматического нанесения точек всех внешних жидкостей (External Liquid) на график. Это можно сделать лишь в том случае, если в файле имеются ВСЕ значения межфазного напряжения.

Шаг 5. Поверхностная энергия для данного твердого тела автоматически вычисляется при выборе двух или более сочетаний жидкость - жидкость.

Кнопка Close(Закрыть) закрывает окно, но данные окна остаются активными.

Кнопка Reset(Сброс) стирает все активные данные, но не закрывает окно-

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ ФАЙЛОВ

Программа DROPimage поставляется с серией файлов, предустановленных в программной директории на жестком диске (обычно это c:\ramehart\dropdata). Некоторые из этих файлов доступны для изменения пользователем либо в самой программе, либо (как в случае текстовых файлов) с помощью внешнего текстового редактора. Эти файлы приводятся ниже.

DROPIMG.EXEПрограммный файл DROPimage (бинарный).

DISPENSX.DLLДрайвер для внешнего дозатора. Этот файл аппаратно зависим, и его нужно заменить на новый с тем же названием, в случае установки дозатора другой фирмы.

DROP.CALКалибровочный файл (текст). Это файл состоит из трех чисел, каждый на своей строке. Это длина, в мм, пикселя в направлении x (вертикальном), y (горизонтальном), и формат изображения (= y/x). Это файл переписывается каждый раз во время калибровки или настройки формата изображения.

DEFAULT.BMPПусковая картинка (растровая). Это изображение появляется только тогда, когда программа не может захватить изображение. Это изображение помогает оптимизировать цветовую палитру Windows для выбранных изображений.

DEFAULT.METМетодика испытаний по умолчанию (текст). Этот и все другие файлы методик состоят из записей в Редакторе Методик (Method Editor), каждая на своей строке. Однако их следует редактировать только в самом Редакторе Методик (Method Editor ), при этом верхний /нижний регистры имеют значение.

DEFAULT.PARПараметры по умолчанию (текст). Этот и другие параметрические файлы состоят из записей, использованных в редакторе параметров (Parameter Editor), каждая на своей строке. Кроме того, в последних двух строках файла сохраняются пиксельные координаты x и y для использования в случае пересчета. Если вы начинаете новый эксперимент с тем же названием, что старый эксперимент, но с другим значением увеличения, пересчет сохраненных данных из предыдущего эксперимента будет неверен!

DEFAULT.TIMВременнόй файл по умолчанию.

DEFAULT.SESФайл сеанса работы по умолчанию (текст). Сеансовый файл содержит список экспериментов (в виде названий лог-файлов- LOG-file) в серии экспериментов. Каждый эксперимент находится на отдельной строке

LIQUIDS.TXTСписок жидкостей с данными о поверхностном натяжении и плотности

SOLIDS.TXTСписок твердых тел с данными о поверхностном натяжении и плотности

SYRINGES.TXTСписок возможных значений объема шприца, которые могут быть использованы дозатором.

DROP.INIФайл конфигурации (текст). Содержит установочные параметры для запуска программы, которые влияют на многие из программных свойств. Файл хранится в директории Dropimg вместе с другими файлами. Пример этого файла см. ниже.

Названия в группе [Files] [Файлы]это имена файлов по умолчанию.

Параметры в группе [Installed] [Установленные]определяют внешние устройства, установленные в системе. Горизонтальные и вертикальные константы определяют стартовый размер выбранного устройством захвата кадров изображения. Параметр ToolsMenu(СервисМеню)(попеременно включает и выключает меню сервиса).

В группе [Calculation] [Вычисление]находятся параметры из окна Options(Опции). Они определяются выше под титулом Options(Опции). Параметр Baseline(Базовая линия) – это начальное положение горизонтального координатного курсора в эксперименте с лежащей каплей или контактным углом, измеренное в пикселях от вершины изображения. Параметры MaxSkewness(макс.перекос) или MaxSideDiff(Макс.боковое смещени) служат для защиты программы от «странных» изображений капли. Если контур капли должным образом не распознается, например, из-за оптических условий, программа может «зависнуть», если она будет пытаться провести вычисления, опираясь на такие «странные» данные. Программу нужно перезапустить, а иногда и перезагрузить сам компьютер, чтобы устранить проблему с инициализацией драйвера устройства захвата изображения. Эти параметры можно изменить, редактируя файл DROP.INI текстовым редактором (таким как Notepad). “Хорошие” капли в равновесном состоянии очень редко создают проблемы. Если же у вас появляются проблемы с каплями, которые находятся на грани приемлемых условий, возможно, вам придется поэкспериментировать с этими параметрами. Возможно, вы захотите уменьшить значения этих параметров, чтобы заставить программу проводить вычисления только с «идеальными» каплями. Параметры OscillPoints(Точки осцилляции) и OscillPeriod (Период осцилляции ) сохраняют уставки полей осцилляции в редакторе методик (Method editor).

Числа в группе [Calibrate] [Калибровка] –это размеры по умолчанию, в мм, цилиндра (стержня) и сферы, используемых для калибровки;

Параметр SyringeVolume(Объем шприца) это объем, в µL, шприца, используемого в дозаторе контроля объема.

В группе [Screen] [Экран]указаны местоположение некоторых важных окон, которые сохраняются от сеанса к сеансу. Первые 4 позиции относятся к основной программе, Res относится к окну результатов, а Video(видео) к окну пересылки изображений (passthru). Число позиций в этом разделе зависит от различных версий программы DROPimage.

Параметры [Settings] [Уставки]сохраняют уровни черного и белого цветов для устройства захвата изображения; остальные параметры это стартовые опции. В этом разделе также сохраняются некоторые из параметров окна опций (Options). Эти параметры практически не требуют пояснений.

[Files] [Файлы]

Method (методика)=DEFAULT.MET

Parameters (Параметры) =DEFAULT.PAR

TimeFile (Временной файл) =DEFAULT.TIM

DropDirectory (Директоря капли)=C:\RameHart\DropImg\Data

[Installed] [Установленные]

VolumeControl (Управление объемом)=1

OscillationControl (Управление осцилляцией) =0

TemperatureControl (контроль температуры) =0

ToolsMenu (Меню сервиса) =1

Horizontal (Горизонтальный) =640

Vertical (Вертикальный) =480

[Calculation] [Вычисление]

Baseline (Базовая линия) =265

FilterPoints (FilterPoints) =7

Threshold (Порог) =0.550

Optimize (Оптимизация) =10

MaxError (Макс.погрешность) =0.00200

GrabLimit (Предел захвата) =0.500

VolumeTiming (Интервал измерения объема) =5.00

NoiseLimit (Предел шума) =10

OscillPoints (Точки осцилляции) =40

OscillPerionds (Периоды осцилляции) =4

MaxSkewness (Макс.перекос) =0.100

MaxSideDiff (Макс.боковой сдвиг) =0.100

TriggerThreshold (Порог триггера) =50

TriggerOffset (Сдвиг триггера) =10

[Calibrate] [Калибровка]

Cylinder (Цилиндр) =4.000

Sphere (Сфера =4.000

SyringeVolume (Объем шприца) =250

[Screen] [Экран]

Top (Верх) =30.---

StatusLeft Left (Левый) =65

Height (высота) =498

Width (ширина) =502

ResTop (Результаты сверху) =69

ResLeft (Результаты слева) =216

ResHeight (Результаты, высота) =552

ResWidth (Результаты ширина) =670

VideoTop (Видео сверху) =169

VideoLeft (Видео слева) =574

Zoom (Масштаб =0.75)

ParameterTop (Параметр сверху) =52

ParameterLeft (Параметр слева) =591

StartFormTop (Начать сверху) =510

StartFormLeft (Начать слева) =604

ChartTop (таблица сверху) =391

ChartLeft (таблица слева) =550

StatusTop (Статус сверху) =20 (Статус слева) =40

[Settings] [Уставки]

BlackLevel (Уровень черного) =87000

WhiteLevel (Уровень белого) =644000

PassthruOn (Пересылка картинки) =0

SequencingOn (Очередность сохранения результатов) =0

FrameType (Тип кадра) =1

ContinousDisplay (постоянный дисплей) =0

PlotInPicture (Построение изображения) =1

ContinousGraph (Постоянный график) =0

WizardOn (Включить мастер) =0

DISPENS.INIФайл конфигурации (текст) для дозатора. Файл содержит установочные параметры, которые используются программой при запуске и которые определяют многие свойства дозатора. Файл хранится в директории Dropimg вместе с другими файлами, или в директории Dispens, в случае, если вы установили отдельную программу управления дозатором. Пример этого файла см. ниже.

[Settings] [Уставки]

Level (Уровень) =3000

Volume (Объем) =250

Speed (Скорость) =2

StepVolume (Пошаговый объем) =1.00

[Com] [Комм.]

Port (порт) =1

Enabled (включ.) =1

BaudRate (Скорость в бодах) =9600

ByteSize (Размер в байтах) =8

Parity (контроль четности) =0

StopBits (стоповый бит) =1

[Screen] [экран]

VolumeTop (Объем сверху) =121

VolumeLeft (Объем слева) =523

Раздел [Settings] [Уставки] сохраняет текущий уровень дозатора (по шагам), скорость подачи и уставки пошагового объема между испытаниями, и объем шприца. Раздел [Com] [Комм] устанавливает параметры для последовательного коммуникационного порта RS232C на ПК. Эти параметры должны соответствовать параметрам дозатора. Обычно нужно только поменять номер порта (Port =1 это Com1, а Port=2 это Com2, и т.д.) и установить Enabled=0, если вы собирается запускать программу DROPimage без дозатора. Параметры группы [Screen] [Экран] сохраняют положение окна контроля объема (Volume control window) между испытаниями