界面流变仪是一种用于研究界面流变行为的仪器,以下是其典型组成结构及各部件作用:
一、机械系统
1.驱动电机
作用:提供动力,驱动仪器的旋转或振荡部件。它能够产生精确控制的扭矩和转速,以实现对样品的不同流变测试模式。例如在旋转流变测试中,驱动电机带动转轴以设定的速度旋转,使与样品接触的测量系统产生相对运动,从而施加应力并检测样品的流变响应。
2.转轴或振荡部件
作用:是与样品直接接触并进行相对运动的部分。在旋转式流变仪中,转轴可以带动转子旋转,转子与样品之间形成特定的流场。对于振荡式流变仪,振荡部件可以在垂直于界面方向或者平行于界面方向进行往复运动,用于施加振荡应力,以研究样品在动态条件下的流变特性。
3.样品台
作用:用于放置被测样品,并且能够保证样品处于稳定的测试位置。它可以精确调整样品与转轴或振荡部件之间的相对位置,以确保测试的准确性和重复性。在一些高级的流变仪中,样品台还可以进行温度控制,通过内置的加热或冷却元件,使样品处于设定的温度环境,因为温度对界面流变性质有显著影响。
1.力矩传感器
作用:用于检测样品对转轴或振荡部件施加的反作用力矩。在旋转流变测试中,当转子在样品中旋转时,样品的黏弹性等流变性质会阻碍转子的旋转,产生一个与施加力矩相反的反作用力矩。力矩传感器能够精确测量这个力矩大小,将其转化为电信号,以便后续分析样品的流变参数,如黏度、弹性模量等。
2.位移传感器
作用:在振荡式流变测试或需要精确测量样品变形的测试中非常重要。它可以检测样品在受力后的位移变化,例如在对样品施加振荡应力时,位移传感器能够记录样品界面的微小位移,结合力矩传感器的数据,可以更准确地分析样品的流变行为,如计算样品的储能模量和损耗模量等动力学参数。
3.光学检测系统(部分流变仪)
作用:用于观察和分析样品界面的微观结构变化。例如,通过光学显微镜或反射光干涉等技术,可以实时观察样品在流变测试过程中界面的形态变化,如液滴的变形、铺展,薄膜的厚度变化等。这些微观结构的变化信息可以与流变数据相结合,更深入地理解样品的界面流变行为。
三、界面流变仪控制系统
1.温度控制模块
作用:精确控制样品的温度。它通过在样品台或样品周围设置加热和冷却元件,以及温度传感器,能够将样品温度稳定在设定值。这对于研究温度依赖的界面流变性质至关重要,因为许多样品的流变行为会随着温度的改变而发生显著变化,如油脂在不同温度下的皮肤界面流变特性不同。
2.应力控制模块
作用:根据测试需求,精确控制施加在样品上的应力。在恒定应力测试模式下,它能够按照设定的应力值输出稳定的应力,通过检测样品的应变来分析流变性质。例如,在研究化妆品乳液在皮肤表面的流变行为时,可以模拟实际使用过程中的应力情况,如涂抹时的剪切应力,来研究乳液的流动和变形特性。
3.应变控制模块
作用:与应力控制模块相对应,在一些测试中,需要精确控制样品的应变。它可以通过控制转轴或振荡部件的运动幅度等方式来实现恒定应变测试。例如在研究生物膜的界面流变性质时,通过控制应变可以模拟生物膜在生理环境中的变形情况,为研究其功能和稳定性提供依据。
4.数据采集与处理系统
作用:采集来自力矩传感器、位移传感器等检测部件的数据,并将这些数据进行处理和分析。它可以将电信号转换为数字信号,然后通过软件进行实时显示、存储和分析。例如,可以绘制流变曲线,如剪切应力-剪切速率曲线、弹性模量-应变曲线等,并且能够对数据进行拟合、计算流变参数等操作,为研究人员提供直观和准确的流变测试结果。
