一种材料表面湿润实验用卡片式示教装置的制作方法

本实用新型涉及到材料表面湿润实验用卡片式示教装置领域，具体为一种基于接触角测量的材料表面湿润度量实验用的卡片式示教装置。

背景技术：

接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。湿润程度问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。因此，在研究学习当中，接触角是需要在具象和抽象两个层面上理解。

目前，固体材料在湿润程度上的实验学习和研究当中，采用的方法是利用市场上专用的接触角测量仪器。虽然，这些仪器已经具体自动化的滴液、对焦和背光调节功能，并且能利用摄像机获取滴液过程视频，以及能利用计算机软件处理软件获得接触角大小。这些接触角测量仪器，通用性强，但价格较高，维护难度大，适合需要精确测量的场合，并且只能由熟悉的教师操作，不能满足每个学生亲自动手操作。

另外，也有部分场景采用老式的手动接触角测量仪器，但这些仪器体积都比较大，且步骤操作烦杂，而仪器的功能均是为了通用材料的接触角测量。学生将花费大量的时间用于操作，而不能利于学生更好在材料湿润程度概念上的直观理解。如验证不同材料的接触角变化，如验证压力的变化对接触角的影响，都需要进行多次操作。

现有技术中公开了一种接触角演示测量教具，专利公开号为cn103871302a，其主要利用充气气球在通孔当中膨胀过程的形态变化，模拟材料表面液滴的形态变化。在实际应用中，液滴形态变化过程通过视频或者图片即能直观展现，且液滴的形态和其要湿润的材料是有对应关系，单凭形态变换并不能清晰让学生理解接触角、湿润程度、滴液液体和湿润材料之间的关系。

公开于该技术背景部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种材料表面湿润实验用卡片式示教装置，以教学为目的，且能够直观演示接触角、湿润程度、滴液液体和湿润材料之间的关系的，又能在动手操作和观察层面上理解教学要点的示教装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种材料表面湿润实验用卡片式示教装置，包括：基板，连接于所述基板上侧的样品块，连接于所述基板的发光组件，设置于所述基板下侧的可调节水平度的第一支撑组件；所述发光组件包括光源，所述样品块位于所述光源的光路上，以形成对样品块的投影。

所述样品块由湿润实验所需材料制成，所述样品块相对固定于基板，通过所述第一支撑组件调节基板水平度，进而调解样品块的水平度。光源的产生投射光线，朝向于样品块以及实验时的液滴投射，以形成液滴和样品块接触的正向投影。具体有光源为led灯。

液滴的产生可以利用实验室常见的滴管，投影可利用纵向布置的实验室挡板等，接触角的测量可以利用实验室常见的量角器在放大的液滴与样品块投影上测量。

上述示教装置，作为优选的，所述基板垂直于投影方向上并列设置有两个以上所述样品块，各所述样品块对同一液体的表面湿润能力各不相同，所述光源的数量与并列的所述样品块数量相对应。在一并列方向上设置多个样品块及光源，可同时形成多个湿润实验投影，使能同时比较投影的区别。

上述示教装置，进一步的有，所述基板包括卡板，所述卡板并列设置有两个以上所述样品块，所述基板和卡板分别设置有配合的第一连接结构，以使所述卡板可拆卸地连接于基板。样品块设置于卡板，且卡板可拆卸，就可以设置更多的卡板，各个卡板之间可以替换，丰富实验对象材料的种类。

上述示教装置，进一步的有，所述第一连接结构为设置于所述基板的卡槽，所述卡板有两个以上，各个所述卡板通过其上的卡台连接于所述卡槽上。在不使用时，各个卡板都可以收纳于卡槽，使用时，将非实验的卡板取走，实验的卡板可以在卡槽上滑动，以调节投影大小。

上述示教装置，作为优选的，还包括加压部，所述加压部包括罩壳和手动加压泵，所述罩壳内部具有向下开口的腔体，所述手动加压泵的泵口密封连接至所述罩壳的腔体内，所述罩壳的前后侧为透光平面，所述罩壳和基板分别设置有配合的第二连接结构，以使加压部沿罩壳开口可拆卸地密封连接于基板，以形成包围所述样品块的密封空间。

所述手动加压泵为，其上端封闭，其下端连接罩壳的折叠管；也可以是其他薄膜围合的可变形三维形状，通过外力改变加压泵的容积，改变腔体内部的气体压力。第二连接结构是端头和轨迹槽的配合结构，或者螺纹连接结构，使罩壳下开口可拆卸固定于基板。连接处设置有密封圈，以实现连接的密封。

上述示教装置，作为优选的，还包括透明膜片，所述透明膜片印章有量角图案。透明膜片可在液滴和样品块的投影上形成指示角度的图案，方面读取接触角。

上述示教装置，作为优选的，还包括膜片保持架，所述膜片保持架连接于所述基板的两侧，所述膜片保持架设置有若干抵触排列的齿结构，所述透明膜片可拆卸地连接于齿结构之间，以使透明膜片垂直于样品块的投影方向。齿结构依次排列，两个齿结构之间相抵触以夹紧透明膜片，左右两侧的齿结构相对于投影方向垂直，共同夹紧透明膜片，左右两侧的齿结构为多排，以调节投影片的放置位置。

上述示教装置，作为优选的，所述发光组件还包括壳体，所述壳体铰接于所述基板，所述壳体设置于调节支撑高度的第二支撑组件。第一支撑组件调节光源的投射方向，以保持液滴和样品块的正向投影。

上述示教装置，作为优选的，所述发光组件还包括反光镜，所述反光镜与光源相连接，以使光源形成柱状投影光路。放光镜增加光源所投射光线的聚集程度，以形成清晰的投影。

上述示教装置，作为优选的，所述发光组件还包括控制电路和电池部，所述光源、控制电路和电池部依次电性连接。具体地，电池部包括电池仓和电池，电池仓用于电性安装电池并使电池对光源供电，控制电路可控制光源的通断，和/或光源的亮度，和/或各光源间的亮灭。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本实用新型通过将样品块、发光组件和第一支撑组件集成在一卡片式的基板上。其样品块以及预设好，省去了样品材料的调节等装置，简化实验操作，以学习湿润程度为主，而非测量为主；省去了液滴装置，可由学生简单利用实验室滴管对样品进行滴液操作，使卡片式的结构得以实现，节省装置成本，便于每个学生均可动手操作；其通过发光组件的光源形成样品块和液滴的投影，通过投影放大成像的方式，方便接触角的测量，有利于直观理解接触角、湿润程度、液体材料和湿润材料之间的关系，且投影可利用实验室的挡板等类似结构作为投影屏幕；其整体结构简单，使得每个学生都可以自己动手操作，且可以反复循环使用。

(2)本实用新型进一步通过设置多样品块、卡板的结构，增加示教装置的实验内容的丰富程度，实现液滴的同时对比观测，提高实验的趣味，便于学生对知识点的理解；

(3)本实用新型进一步通过加压部，使得实验时液滴可以处于压力可调节的状态，实现学生对不同压力下液滴形状变化的理解，进一步学习湿润程度和环境压力之间的关系，且结构和操作简单，可通用的安装于各个样品块上进行加压实验，且加压部具有透光的前后平面，不影响投影的效果；

(4)本实用新型进一步通过设置透明膜片，方面学生精确读取接触角的测量数值，便于学生定量地理解湿润程度的概念；

(5)本实用新型进一步通过设置第二支撑组件、反光镜、控制电路、电池部等装置，在卡片式的示教装置上，提高湿润程度实验的准确性，可操作性和有效性。

附图说明

图1为本实用新型整体的俯视结构示意图；

图2为本实用新型整体的正视结构示意图；

图3为本实用新型侧视剖面结构示意图；

图4为本实用新型中加压部的正视剖面结构示意图；

图5为本实用新型中加压部连接结构示意图。

附图标记为：基板1，样品块2，第一支撑组件11，光源31，壳体32，反光镜33，控制电路34，电池部35，第二支撑组件36，卡板4，卡槽41，卡台42，加压部5，罩壳51，手动加压泵52，腔体53，透光平面54，环形槽55，密封圈56，轨迹槽57，卡接端头58，透明膜片6，膜片保持架61，齿结构62，液滴7，屏幕8。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1和2所示，图1是从俯视角度观察，图2是图1相对应的正视角度观察，本实用新型是一种材料表面湿润实验用卡片式示教装置，包括有基板1、样品块2、发光组件和第一支撑组件11。其中，基板1的四角设置有第一支撑组件11，样品块2设置于基板1的上侧，发光组件中设置有led光源31，led光源31设置于基板1的右侧。更具体地有，第一支撑组件11由螺杆和设置在基板1的螺孔组成，螺杆顶端设置有便于手动旋转螺杆的拧板，通过四角螺杆的高度实现基板1水平度的调节。

本实施例应用到实际情况时，左侧的屏幕8可以是实验室中的隔板，或任意其他纵向放置的具有形成影像平面的构件。通过实验室中的滴管，或任意其他可转移液体的其他构件，在样品块2上滴上实验的液滴7。而右侧的led光源31发出的光线经过样品块2，以及滴在样品块2上的液滴7，在左侧的屏幕8形成投影。在通过实验室中的角度测量器具，如量角器，对投影进行测量，得出液滴7及其对应样品块2材质的接触角。

如图1和2所示，基板1沿投影方向设置有三列成组的样品块2，每列具有三个样品块2。led光源31的数量为三个，与每列的样品块2数量相同，且其投射光线的位置与每列样品块2一一对应。每列样品块2固定连接在卡板4上。卡板4的数量为三个，与样品块2的列数相对应。

如图3中液滴7，由于每个卡板4上设置有多个样品块2，样品块2可相对同一种液体的液滴7，分别具有不同的湿润性能，如从不湿润到完全湿润，实验过程可以同时进行对比。

如图3所示，基板1的上方沿左右方向设置有卡槽41，卡板4的下侧设置有卡台42，卡台42可卡接在卡槽41内，并可沿卡槽41滑动。卡槽41为设定长度，可以连接多个卡板4，实现卡板4的替换。可以理解的是，第一连接结构还可以卡扣连接，或者是多圆台圆孔的积木连接方式等。

如图2和4所示，为了在卡片式的示教装置上，进行压力环境对湿润程度的影响实验，本实施例还包括加压部5。加压部5包括罩壳51和手动加压泵52。在投影方向上，罩壳51至少具有前后的透光平面54。罩壳51的下方具有设有开口，内部具有腔体53，上方固定连接有手动加压泵52。手动加压泵52为上端封闭，下端连接罩壳51的折叠管，通过外力改变折叠管内的容积，实现对罩壳51内腔体53加压。

如图4和5所示，罩壳51下方为圆形开口，卡板4上对应设置有环形槽55，轨迹槽57内部设置有密封垫。环形槽55的内部还设置有轨迹槽57，轨迹槽57为卧c形；开口外侧上设置有卡接端头58。通过卡接端头58对接插入轨迹槽57，使罩壳51的开口安装到环形槽55内，沿轨迹槽57的轨迹运动，会推动罩壳51的开口紧压密封垫。卡接端运动到轨迹槽57的另一端，卡接在末端处。实现罩壳51的可拆卸的固定的同时，并在样品块2的周边可形成气密的空间，通过按压折叠管，调节样品块2周边的气压，通过在投影上观察样品块2上液滴7的形态变化。

如图1和2所示，为了方便得出接触角的测量数值，本实施例还包括透明膜片6和膜片保持架61，透明膜片6印章有量角图案。膜片保持架61连接于基板1的两侧，每个膜片保持架61的前端设置有若干抵触排列的齿结构62，两个相邻的齿结构62可夹紧透明膜片6，两侧的齿结构62可使得透明膜片6保持对投影方向的垂直。将透明膜片6插接在不同位置的齿结构62上，实现透明膜片6离led光源31的距离。

如图1和2所示，发光组件还包括壳体32、反光镜33、控制电路34和电池部35。

壳体32铰接于基板1，壳体32用于安装led光源31、反光镜33、控制电路34、电池部35、第二支撑组件36。壳体32设置于调节支撑高度的第二支撑组件36，第二支撑组件36由螺杆和设置在基板1的螺孔组成，螺杆顶端设置有便于手动旋转螺杆的拧板。由于壳体32于基板1铰接，通过调节一个螺杆的高度，即可调节led光源31的投影角度。反光镜33与光源31相连接，反光镜33为喇叭状的设置，将led光源31的散射光聚集成放大的投影光线。电池部35包括电池仓和电池，电池仓用于电性安装电池并使电池对光源31供电，控制电路34可控制光源31的通断。

为更好表明本实用新型的特点，以下详细说明本实用新型示教装置的使用和操作过程。

在湿润程度实验中，由学生进行亲自操作。实验前，首先可以直接从样品块上观测待实验的固体材料的外观特点。学生可将多余的卡板取出，将待实验的卡板安装在卡槽上。通过调节第一支撑组件调节基板的水平度。水平度可以在卡板上滴上液滴，通过观察投影确定。然后，通过调节第二支撑组件，调节led光源的投射角度。调整基板位置，使投影灯对准实验室的隔板或其他屏幕。在此，经过简单的操作，完成初步实验准备。

实验一可以是，卡板的三个样品块材料不同，且亲疏水性能不同，学生通过滴管将近似等量的水，分别滴在三个样品块上，打开控制开关，三个led光源同时投射出光线，在屏幕上分别形成投影，液滴的成像是否为正向，左右是否堆成，进一步调节，使成像清晰。将透明膜片放置在膜片保值架上，在投影处形成量角图案，沿齿结构平移可以调节量图案的位置，对准固液气的测量点，分别读取三个样品的接触角。实验一可清晰理解不同固体样品材质，其液滴形状的区别，以及其对应接触角的大小。

实验二可以是，卡板的三个样品块材料相同。学生通过滴管将不等量的水，依次递增滴在三个样品块上，打开控制开关，三个led光源同时投射出光线，在屏幕上分别形成投影，液滴的成像是否为正向，左右是否堆成，进一步调节，使成像清晰。将透明膜片放置在膜片保值架上，在投影处形成量角图案，沿齿结构平移可以调节量图案的位置，对准固液气的测量点，分别读取三个样品的接触角。实验二在固体样品材质下，不同液体材料或者不同液体量，其液滴形状的区别，其对应接触角的大小，以及对湿润程度的影响。

实验三可以是，在卡板的一样品块上滴取液滴，优选的是处于不湿润的液滴。首先，观测该液滴并测量其接触角。然后进行以下操作：按压手动加压泵到底，将加压部安装到卡板上，松开手动加压泵，折叠管在弹性作用下，将在腔体内形成负压，观测液滴并测量接触角；将加压部直接安装到卡板上，按压手动加压手动泵，使腔体内形成高压，观测液滴并测量接触角。实验三，相同的固体样品和液体材料下，大气压力对液滴形状、接触角和湿润程度的影响。

本实用新型是通过实施例来描述的，但并不对本实用新型构成限制，参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。

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