Способ определения механического поверхностного натяжения твердого тела

Способ определения механического поверхностного натяжения твердого тела

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

;Изобретение относится к контро- - лю измерительной техники, а именно к способам исследования физико-химических свойств поверхностей твердых тел, и может найти применение в физической химии и теоретической металлургии , а также при решении техноло гических вопросов вьфащивания кристаллов . Целью изобретения является упрощение способа путем исключения необходимости использования образцов с различной площадью поверхности. Образец готовят в виде пластины и помещают в среду слабонасыщенного раствора, например КС1. Измеряют равновесные концентрации растворенного вещества вьтуклой и вогнутой сторон пластины, по которым определяют поверхностное натяжение. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИМ . (59 4 G 01 N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ п0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4143184/24-25 (22) 09.10.86 (46) 23.01.39. Бюл. Ф 3 (71) Одесский государственный университет им. И.И. Мечникова (72) Г.В. Беренштейн, А.М. Дьяченко, А.И. Русанов и Е,М. Гинзбург (53) 543.542(088.3) (56) Авторское свидетельство СССР

У 940010, кл. G 01 H 13/02, 1980.

Гегузин Я.Е., Овчаренко Н.Н. Поверхностная энергия и процессы на поверхности твердых тел.-Успехи физи-. ческих наук, 1962, т. 76, вып. 2, с. 283. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДОГО

ТЕЛА

„„SU, 1453251 А1 (57) ".Изобретение относится к контро. лю измерительной техники, а именно к способам исследования физико-химических свойств поверхностей твердых тел, и может найти применение в физической химии и теоретической металлургии, а также при решении техноло гических вопросов выращивания кристаллов. Целью изобретения является упрощение способа путем исключения необходимости использования образцов с различной площадью поверхности. Образец готовят в виде пластины и помещают в среду слабонасыщенного раствора, например КС1. Измеряют равновесные концентрации растворенного C

® вещества выпуклой и вогнутой сторон пластины, по которым определяют поверхностное натяжение. 2 ил, С::

1453251

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам исследования физико-химических свойств поверхностей твер5 дых тел, и может найти применение в физической химии и теоретической металлургии, а также при решении технологических вопросов выращивания кристаллов. 10

Цель изобретения упрощение способа путем исключения необходимости использования образцов с различной площадью поверхности.

На.фиг. 1 принедена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2— конструкция кассеты для образца.

Устройство для определения механического поверхностного натяжения состоит из микроскопа 1, в фокусе кото- 20 рого размещена кассета 2 для образца, помещенная в вертикальную цилиндрическую трубку 3, соединенную с емкостью 4 для раствора соединительными шлангами 5. Зажимом 6 регулируется 25 скорость течения раствора, который насосом 7 по соединительному шлангу

5 вновь подается в емкость 4. Кассета 2 состоит из фторопластового корпуса 3, в который помещается исследу-30 емый образец 9,и зажимается микрометрическим винтом 10. Устройство снабжено также интерферометром Pэлея, через одну из оптических кювет которого прокачивается раствор, находящийся в контакте с образцом.

Пример . Для измерения механического поверхностного натяжения кристаллов КС1 с ориентацией ь100 3 готовили образцы в виде пластины KCl размером 10«5 "1 мм, Образец помещают в кассету 2 и микрометрическим винтом 10 упруго изгибают, при этом измеряется прогиб равный в 0,6 мм в точке упора 11 45 (чтобы не менялся во время опыта, точки упора 11 и 12 замазывают нерастворимым лаком). Кассету 2 с образцом 9 помещают в трубку 3, заполненную слабонедонасьпценным раствором

КС1 с начальной концентрацией Со

25,46 мас.X. Процесс растворения ве.дут при сильном перемешивании, осуществляемом с помощью насоса 7. Непрерывно регистрируют скорости растворения выпуклой и вогнутой сторон образца 9 с помощью микроскопа и концентрацию раствора в трубке 3 с помощью интерферометра. По мере растворения образца раствор насьпцается и скорость растворения уменьшается, Измеряют концентрации раствора С р и

С, при которых прекращают растворяться выпуклая и вогнутая стороны образца соответственно.

Механическое поверхностное натяжение 1 расчитывают с помощью выражения (d) 1"".(2 )

6 Ь где р — плотность твердого тела, кг/м 31

6 р — разность химических потенциалов на выпуклой и вогнутой сторонах плас тины, Дж/моль; — толщина поверхностного слоя, м; — коэффициент Пауссона;

c t

1 (†) — продольная компонента тензок«2 ра деформации на растянутой поверхности пластины; — поверхностное натяжение;

h — толщина пластины. . Разность химических потенциалов ,,на обеих сторонах пластины определяют по .формуле и p =RT (1n — +1nif(C<) -1п((С )), (2) с где R — универсальная газовая постоянная, С р -концентрация растворенного вещества со стороны выпуклой стороны;

С с — концентрация растворенного вещества со стороны вогнутой стороны; — коэффициент активности раствора, определяемый, в частности для электролита как (ET) 1,233 10 "2С

1+35,37 а (ЕТ) и С

+BC+DC (3) где С вЂ” концентрация раствора (электролита);

Т вЂ” его абсолютная температура;

Š— диэлектрическая проницаемость;

a — средний диаметр ионов, м;

В, D — ампирические коэффициенты.

Продольную компоненту тензора деh формации 1 «„(— )определяют как х 2

1i 1i à E (— )-—

«х 2 2 дх2 (4) з х(3 -4х ) где y=(, — прогиб в точке упора, м;

1 — длина пластины, м.

Ось Х начинается в центре пласти5 ны и перпендикулярна направлению изгиба.

Толщина ь поверхностного слоя твердого тела, т.е. слоя с изменен- 10 ными физическими свойствами, определяется с помощью известных методик, например поляритонной спектроскопии.

Для данного вещества зта величина является постоянной. Для КС1 15 =(I 5+0,1) .10 м,.

В результате испытаний пластины

КС1 (1003были замерены концентрации растворенного вещества для выпуклбй стороны пластины С р 25,48408 мас.% 2p и для вогнутой стороны С

25,48485 мас.%. По этим данным вычислены значения 8 U -1, 94 10 Дж/моль, 1 „„(— ) 0,44 .10 . Согласно (1) 14532 рассчитали механическое поверхностное натяжение у=-0,3 мН/м.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения механического gp поверхностного натяжения твердого тела, заключающийся в помещении образца в растворитель, измерении параметра, характеризующего процесс растворения поверхности образца, по кото". 35 рому рассчитывают механическое погдер и плотность твердого тела; разность химических потенциалов на выпуклой и вогнутой сторонах пластины, которую определяют по измеренным равновесным концентрациям; толщина поверхностного слоя; коэффициент Пауссона; продольная компонента тенэора деформации на растянутой поверхности пластины; поверхностное натяжение; толщина пластины.

51 верхностное натяжение, о т л и— ч ающ ий с я тем, что, с целью упрощения способа путем исключения необходимости использования образцов с различной площадью поверхности, образец в виде пластины помещают в слабонедонасыщенный раствор ограниченного объема, деформируют образец изгибом, регистрируют временные зависимости скорости растворения вогнутой и выпуклой сторон пластины и концентрации раствора в процессе растворения, измеряют концентрации раствора, при которых прекращается растворение выпуклой и вогнутой сторон пластины, а механическое поверхностное натяжение определяют по формуле йp. ь

6 h

2 (1- ) 1хх (2

1453251

ФФ® 2

Составитель А. Кощеев

Редактор Л. Зайцева Техред M. Ходанич Корректор Н, Король

Заказ 7275/38 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4