一种软物质材料的表面粘附能和弹性模量的测量方法

摘要

本发明公开了一种软物质材料表面粘附能和弹性模量的测量方法。该测量方法实施的具体步骤包括：（1）根据被测样品的物理和化学性质进行样品的制备和探头的选择；（2）控制水平基底和球形探头以匀速相向运动至接触并分离；（3）在步骤（2）的整个过程中用压力传感器、位移传感器和光学显微镜分别同时测量基底与探头接触时的相互作用力P，相对位移δ和接触半径a；（4）在软件的控制下步骤（2）、（3）可选择多次重复；（5）利用步骤（3）中获得的数据，根据JKR理论定量分析测试材料的粘弹性能。该测量方法在对高分子弹性体和生物凝胶等软物质的科学研究以及工业加工过程中的产品质量控制等方面有巨大的应用潜力。

主权项

一种软物质材料表面粘附能和弹性模量的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据测试样品的物理和化学性质进行测试样品的制备和探头的选择；（2）所述测试样品的水平基底和所述探头以匀速相互接触并分离；（3）在步骤（2）的整个过程中用压力传感器、位移传感器和光学显微镜分别同时测量所述水平基底与所述探头接触时的相互作用力P、相对位移δ和接触半径a；（4）在软件的控制下步骤(2)可选择多次重复；（5）利用步骤（3）中获得的数据，根据JKR理论定量分析所述测试样品的粘附能和弹性模量；所述水平基底和所述探头在电脑和步进电机的控制下以速度1～40μm/s连续地沿垂直方向进行相向运动，所述水平基底和所述探头接触并形成一个所述接触半径为a的圆形接触面积，所述水平基底与所述探头之间的垂直方向作用力为所述相互作用力P，所述水平基底与所述探头接触后的相对位移为δ，然后所述水平基底与所述探头以相同速度进行相反运动直至分离；所述测试样品的制备选取如下两种方法之一：a）所述测试样品制成平整的弹性薄膜A附着于透明基底，薄膜A的厚度为h，对应选择球形或球冠形状的刚性无机探头或刚性金属探头；所述球形或球冠形状的半径为R，均匀地镀上厚度为m的高分子材料薄膜B；所述高分子材料薄膜B的厚度h>>δ>>m，a/δ>1/2；b）所述测试样品制成球冠形状的弹性探头，对应的水平基底为平面刚性材料；所述平面刚性材料为清洁的载玻片或硅片或镀金硅片，均匀地镀上厚度为n的高分子材料薄膜C；所述高分子材料薄膜C的厚度h>>δ>>n，a/δ>1/2。