Устройство для определения адгезии нано- и микрочастиц к твердым поверхностям

Использование: электронная, пищевая и деревообрабатывающая промышленность, порошковая металлургия. Сущность решения: в верхней части держателя 1 закрепляется подложка 2, к которой проводится определение адгезионного сродства, со слоем нано и микрочастиц диспергированного материала. Держатель 1 устанавливается в верхней части массивного металлического цилиндра 5, выполненного с возможностью опрокидывания вниз посредством шарнира 6, установленного в его нижней части. Затем цилиндр 5 вместе с держателем 1 опрокидывают вниз с помощью шарнира 6. Адгезионное сродство () определяется по формуле:

,

где - N₀ - число частиц, первоначально находившихся на испытуемой поверхности;

N - число частиц, оставшихся на подложке после испытания. 1 ил.

Заявляемое техническое решение относится к области количественной оценки адгезии мелкодисперсных порошков к твердым поверхностям, что представляет большой интерес для решения ряда научных и технических проблем.

Адгезия порошков, особенно диэлектриков (пыль, уголь, оксиды металлов и т.д.), к поверхностям из стекла, металла, полимеров, керамики, древесины возникает во многих научных и технических процессах, а также в быту и природе, что в ряде случаев приводит к нежелательному запылению твердых поверхностей. Данное техническое решение может использоваться в электронной, пищевой и деревообрабатывающей промышленности, в порошковой металлургии, в медицинских учреждениях и в быту, в тех случаях, когда для борьбы с запылением важно оценить адгезию пыли к различным подложкам.

Известны устройства для оценки степени прилипания различных порошков (алмазной крошки, древесной или цементной пыли и др.) к поверхностям из различных веществ - стекла, металла, синтетических полимеров, древесины, основанные на сдуве частиц с подложки и седиментации частиц в воздушном потоке или на отрыве частиц от поверхности под действием вибрационных, ультразвуковых, центробежных сил, а также сил электромагнитного поля. (А.Д.Зимон. Адгезия пыли и порошков, М.: Химия, 1980. - 432 с). Недостатками известных решений являются длительное время достижения результата определения и в большинстве случаев сложность устройства.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство, включающее держатель для закрепления подложки с образцом, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки и приспособление для подсчета числа частиц (Л.А.Тюрикова. Определение адгезии порошков. - М.: Изд-во МЛТИ, 1975. - с.10-13). Держатель представляет собой цилиндрическое тело с винтовой нарезкой для закрепления на нем цилиндра со сквозным отверстием. На одном из концов этого цилиндра по всей его окружности расположен бортик. Подложка, например пленка полимера, к которой хотят измерить адгезию порошков, помещается на торцевую часть цилиндрического тела и прижимается бортиком полого цилиндра, который навинчивается на него. Определение адгезии частиц производится в центрифуге, подсчет числа частиц - с помощью микроскопа с осветителем.

Недостатками данного устройства являются длительность процесса оценки адгезии и сложность аппаратурного оформления, обусловленная необходимостью использования лабораторной центрифуги.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства за счет сокращения времени испытаний и за счет упрощения устройства.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для определения адгезии нано- и микрочастиц к твердым поверхностям, включающем держатель для закрепления подложки с образцом, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки и приспособление для подсчета числа частиц, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки выполнено с возможностью опрокидывания держателя посредством шарнира, установленного в нижней части металлического цилиндра, в верхней части которого установлен держатель.

Техническая сущность предложенного решения заключается в том, что за счет сокращения времени отрыва частиц от поверхности подложки и упрощения устройства увеличивается скорость и простота оценки адгезионного сродства материалов различной природы.

Принципиальная схема предлагаемого устройства для определения адгезии нано- и микрочастиц к твердым поверхностям приведена на фиг.1.

Устройство для определения адгезии нано- и микрочастиц к твердым поверхностям содержит держатель 1, выполненный в виде металлического цилиндрика диаметром 1 см и высотой 2 см, в верхней торцевой части которого закрепляется подложка 2 толщиной около 1 мм, к которой проводится определение адгезионного сродства, со слоем нано- и микрочастиц диспергированного материала. Для закрепления подложки в верхней части цилиндрика-держателя 1 по окружности выполнен бортик 3 высотой 1 мм. В нижней части цилиндрика-держателя предусмотрен винт 4, позволяющий устанавливать держатель 1 на опрокидывающийся металлический цилиндр 5 диаметром 5 см и высотой 30 см. В нижней части цилиндра 5 установлен шарнир 6, позволяющий опрокидывать его вниз. Шарнир 6 прикреплен к штативу 7, внизу которого размещена стеклянная пластина 8, на которую ссыпаются частицы диспергированного материала.

Устройство работает следующим образом. Изготавливают цилиндрический диск (подложку 2) диаметром 1 см и толщиной около 1 мм, который закрепляют на торцевой части цилиндрика-держателя 1 с помощью бортика 3, выполненного по окружности цилиндрика-держателя 1. Нанесение частиц диспергированного материала на подложку 2 осуществляется каскадным способом. Для этого порошок смешивается со стеклянными шариками из расчета 1 г порошка на 50 г шариков, и смесь с помощью лопаточки наносится на подложку 2, закрепленную в держателе 1, а затем слегка стряхивается. После скатывания шариков на поверхности подложки 2 остаются частицы порошка в виде монослоя. Держатель 1 закрепляют с помощью винта 4 на металлическом цилиндре 5 диаметром 5 см и высотой 30 см. Затем держатель 1 вместе с цилиндром 5 опрокидывают вниз с помощью шарнира 6. Частицы диспергированного материала рассыпаются по стеклянной поверхности 8, и их количество тем меньше, чем больше величина адгезии испытуемого порошка к поверхности подложки 2. Используя устройство для подсчета количества частиц, приходящееся на единицу площади, например решетку с насечками в 1 мкм, применяемую для оптического микроскопа, производят расчет величины адгезионного сродства. Адгезионное сродство () определяется по формуле:

,

где N₀ - число частиц, первоначально находившихся на испытуемой поверхности;

N - число частиц, оставшихся на подложке после испытания.

Предлагаемое устройство позволяет проводить определение адгезионного сродства нано- и микрочастиц материалов различной природы к различным поверхностям. Высокая эффективность устройства достигается особым способом отрыва нано- и микрочастиц от подложки. Простота аппаратурного оформления позволяет использовать устройство в полевых условиях.

Устройство для определения адгезии нано- и микрочастиц к твердым поверхностям, включающее держатель для закрепления подложки с образцом, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки и приспособление для подсчета числа частиц, отличающееся тем, что приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки выполнено с возможностью опрокидывания держателя посредством шарнира, установленного в нижней части металлического цилиндра, в верхней части которого установлен держатель.