張力計（表面張力）

表面科学において、張力計は液体または表面の表面張力( γ )を測定するために使用される測定機器です。張力計は、研究開発ラボでコーティング、ラッカー、接着剤などの液体の表面張力を測定するために使用されます。張力計のさらなる応用分野は、部品の洗浄や電気メッキなどの工業生産プロセスの監視です。

表面科学者は、ペンダント法または静滴法を用いて液体の表面張力と界面張力を測定するために、光学ゴニオメーター/張力計を一般的に使用します。液滴が生成され、 CCD カメラを使用して撮影されます。その後、液滴プロファイルが抽出され、洗練されたソフトウェア ルーチンが理論的なヤング ラプラス方程式を実験的な液滴プロファイルに適合させます。その後、適合されたパラメータから表面張力を計算できます。他の方法とは異なり、この技術では少量の液体しか必要としないため、高価な液体の界面張力の測定に適しています。^[1]

このタイプの張力計は、液体に浸されたプラチナリングを使用します。リングを液体から引き出すときに必要な力を正確に測定し、液体の表面張力を決定します。

この方法は、ASTM D971 などの多くの国際規格で示されているように、十分に確立されています。この方法は、2 つの液体間の界面張力の測定に広く使用されていますが、プラチナ リングが変形しないように注意する必要があります。

ウィルヘルミー プレート張力計では、液体の表面に接触するプレートが必要です。これは、表面張力を測定する最も簡単で正確な方法であると広く考えられています。プラチナ プレートの濡れ長さが長いため、表面張力の測定値は、他の方法に比べて通常非常に安定しています。さらに、ウィルヘルミー プレートは使い捨て用に紙で作ることもできます。界面張力の測定では、プローブの浮力を考慮する必要があり、これが測定を複雑にします。

この方法では、テスト液の中に沈められたロッドを使用します。その後、ロッドを液体から引き出し、ロッドを引っ張るのに必要な力を正確に測定します。この方法は標準化されていませんが、時々使用されます。Du Noüy-Padday ロッド プル テンシオメーターは、測定を迅速に行い、さまざまな粘度の液体で使用できます。界面張力は測定できません。

液体の内部引力により、液体内の気泡は圧縮されます。その結果生じる圧力 (気泡圧力) は、気泡半径が減少するにつれて上昇します。気泡圧力法では、周囲の環境 (水) よりも高いこの気泡圧力を利用します。ガス流は、液体に浸された毛細管に送り込まれます。毛細管の先端に生じた気泡は、表面が継続的に大きくなり、それによって気泡半径が減少することになります。

圧力は最大レベルまで上昇します。この時点で、気泡は最小半径 (毛細管半径) に達し、半球を形成し始めます。このポイントを超えると、気泡は急速に大きくなり、すぐに破裂して毛細管から離れ、毛細管の先端に新しい気泡が発生します。このプロセス中に、特徴的な圧力パターン (図を参照) が発生し、これを評価して表面張力を決定します。

キャピラリーの取り扱いが容易で洗浄の手間が少ないため、気泡圧力テンシオメータは洗浄や電気めっきのプロセスにおける洗剤濃度の監視によく使用されます。

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