第三部分 界面表征方法试验
  在复合材料领域中虽然以前进行过大量的研究工作，但对于界面的了解和表征绝大多数或很大程度上还停留在复合材料未复合成型之前各自组分所拥有的表面上，面对增强材料和基体所共有的交接面还在探索之中，成熟的实验方法甚少，能够选为学生实验课的实验更少，下面选择的两个实验更谈不上界面表征，仅作为理论教学的补充，帮助学生加深表面和界面的物理概念，起到促进理解的作用。从以往的实验教学中也体会到这两个实验比较成功，且各校实验室也具备条件，实验中学生的兴趣较高，这就是编入这两个实验的原因或理由。
  实验5 表面处理和表面张力测定
 一、实验目的
 1、掌握测定液体表面张力的方法；
 2、了解液体对不同表面状态的固体的附着力的差别，进一步理解固体表面处理的意义。
二、实验内容
1、用圆环法表面张力测定仪测定1-2种液体表面张力；

2、分别用洁净铂金圆环、不洁净铂金圆环或其他金属环测定同一种液体的表面张力；
3、测量不相溶混的两种液体的界面张力；
4、对表面张力测定仪进行校核。
三、实验原理
 一个金属环（如铂金丝环）浸入某种能浸润该金属环的液体中，然后欲将该环以环平面与液表面平行状态从液体中提出，此时需施加一定的提拉力才能完成，该提拉力f是液体表面张力的体现。测定这一提出金属环的力f并结合金属环的具体参数，可以按公式（5-1）计算该种液体的表面张力

；
  表面张力是一种物质（不论它是液体还是固体）在某特定状态下的特性，称为本征表面张力。它与该物质的浓度、温度等相关，所以在测定结果后要注明试验时的状态。

  按理想状态，液体的表面张力是一个特性值，与测定时金属环材料无关。但是圆环法的固有缺点是已涉及到固-液界面的吸附力。试设想当被测液体对圆环的附着力f小于上述式（5-1）的f，那么测定时提拉圆环就不是将液体模拉断，而是液体从圆环上滑脱。因此，圆环提拉法的先决条件是f1≥f，也是式（5-1）和（5-2）能够成立的条件。这就是为什么要在试验前将铂金环用热洗液浸洗并用蒸馏水冲洗干净再烘干的原因。实践证明，洁净的铂金环与液体的界面有较高的吸附力，不洁净的铂金环与液体的界面的吸附力较低。大家应注意上述“能浸润该金属环”几个字的实际物理意义。所以，在实验中采用同一种液体与不同金属圆环或不同表面状态的同一金属环进行试验，加深对表面处理重要性的认识。
  有条件的实验室应采用大气泡压力法测定液体的表面张力，其试验结果就避免了上述那一番解说。为慎重起见，用环形金属拉提法测定的结果应与文献值比较一下，确证试验的可靠性。[-page-]
四、实验仪器
  圆环提拉法的界面张力仪（如图5-1所示）、游标卡尺、分析天平。
  该仪器施加的力是由钢丝扭转产生的扭力，该仪器又称为扭力天平。该扭力也液体表面通过铂金环施加的表面张力相平衡，，当扭力继续增加，液面被拉破时钢丝扭转的角度用刻度上的游标指示出来，此值就是该液体的表面张力值，用牛/米表示。长期使用后钢丝产生扭转损伤，尤其时极度扭转超过了弹性扭转的极限，或钢丝锈蚀，就需要校正或更换钢丝。
五、实验步骤
1、测量前的准备
（1）将界面张力仪放在不振动的平稳地方，用调节螺旋E使仪器处水平状态；
 （2）调仪器的初始状态；将铂金环挂在吊杆臂的下端，取一小纸片（约0.g左右）放在铂金环上，打开臂之制止器J和K，使钢丝自由作用在臂上，用放大镜R看指针L与反射上的红线重合，此时刻度盘上的游标正好指为零；如果不是，则微调蜗轮把手P，使之为零；
 （3）校正界面张力仪，具体做法如下；
  在铂金环上放一小纸片，纸片上放一定质量的砝码，此时就相当于铂金环上施加了一个往下的作用力mg；轻旋涡轮把手，直到指针与反射镜上的红线重合，记下此时刻盘上游标的

   若该数值与刻度盘读数不一致，就应调节钢丝的长度。刻度盘读数偏大，则应缩短短钢丝长度；反之亦然。反复调几次直到刻度盘上读数与质量校正计算值一致；
 （4）将盛试样的玻璃杯和铂金圆环用洗液浸洗，并用蒸馏水冲洗三遍后在100℃的干净烘箱中干燥待用；推荐洗液配比如下：

2、表面张力测定

 （1）将待测液体倒入玻璃样品杯中约25mm深的量，并将杯放于样品座中间位置，旋转样品座升降螺母B，使铂金环浸入液体中，此时指针和反射镜红线重合，缓缓旋转把手M增加钢丝的扭力并使铂金环拉紧，缓缓提起，这时指针与红线重合，继续施加扭力直到铂金环与液体形成的膜破裂，此时读下刻盘上的值P、P为未校正的表面张力值，
（2）取一不干净甚至于用油部分污秽的铂金环测量上述同一种液体，操作同（1）；分别记录刻度盘读数。[-page-] 
 （3）有兴趣的同学可以制作一个钢丝环，铜丝环，除用洗液浸洗外，其他各项均按上述步骤操作，并记录同一液体和不同金属环测试的读数，并比较讨论。
（4）取两种不相容混的液体，将铂金环浸于下面液体中，然后慢慢提拉至两液交界处，此时有两种情况；（1）两液体之一的水在下面则铂金环往上提；2、如两液体之一的水在上面，则铂金环靠螺旋B往下走使之指针L与红线重合，终加大扭力使界面膜破裂，读下刻度盘上的值。这是一种训练，所测数据与单纯一种水所测结果比较。

3、校正表面张力

4、实验结束
 实验完毕后应使扭力钢丝处于不受力状态，扭力钢丝切忌扭转360度以上。
实验5思考题
1、 测量表面张力的金属环一定要用铂金环吗？为什么？
2、表面张力校正的理由据说是由于表面张力是与表面相切方向，在侧环被往上提拉时，使液体变形，当液体变形到破裂时，破裂点到环中心的距离不是严格的环的半径，这种影响与R1/r值相关R2/r实际上反映环的变形刚性R1/r值越大，刚性越小，那么R2/r代表什么呢？试说明。
3、测定某一液体表面张力后测试另一液体表面张力，是否还需洗净铂金属环？