第三部分 界面表征方法試驗
  在復合材料領域中雖然以前進行過大量的研究工作，但對于界面的了解和表征絕大多數或很大程度上還停留在復合材料未復合成型之前各自組分所擁有的表面上，面對增強材料和基體所共有的交接面還在探索之中，成熟的實驗方法甚少，能夠選為學生實驗課的實驗更少，下面選擇的兩個實驗更談不上界面表征，僅作為理論教學的補充，幫助學生加深表面和界面的物理概念，起到促進理解的作用。從以往的實驗教學中也體會到這兩個實驗比較成功，且各校實驗室也具備條件，實驗中學生的興趣較高，這就是編入這兩個實驗的原因或理由。
  實驗5 表面處理和表面張力測定
 一、實驗目的
 1、掌握測定液體表面張力的方法；
 2、了解液體對不同表面狀態的固體的附著力的差別，進一步理解固體表面處理的意義。
二、實驗內容
1、用圓環法表面張力測定儀測定1-2種液體表面張力；

2、分別用潔凈鉑金圓環、不潔凈鉑金圓環或其他金屬環測定同一種液體的表面張力；
3、測量不相溶混的兩種液體的界面張力；
4、對表面張力測定儀進行校核。
三、實驗原理
 一個金屬環（如鉑金絲環）浸入某種能浸潤該金屬環的液體中，然后欲將該環以環平面與液表面平行狀態從液體中提出，此時需施加一定的提拉力才能完成，該提拉力f是液體表面張力的體現。測定這一提出金屬環的力f并結合金屬環的具體參數，可以按公式（5-1）計算該種液體的表面張力

；
  表面張力是一種物質（不論它是液體還是固體）在某特定狀態下的特性，稱為本征表面張力。它與該物質的濃度、溫度等相關，所以在測定結果后要注明試驗時的狀態。

  按理想狀態，液體的表面張力是一個特性值，與測定時金屬環材料無關。但是圓環法的固有缺點是已涉及到固-液界面的吸附力。試設想當被測液體對圓環的附著力f小于上述式（5-1）的f，那么測定時提拉圓環就不是將液體模拉斷，而是液體從圓環上滑脫。因此，圓環提拉法的先決條件是f1≥f，也是式（5-1）和（5-2）能夠成立的條件。這就是為什么要在試驗前將鉑金環用熱洗液浸洗并用蒸餾水沖洗干凈再烘干的原因。實踐證明，潔凈的鉑金環與液體的界面有較高的吸附力，不潔凈的鉑金環與液體的界面的吸附力較低。大家應注意上述“能浸潤該金屬環”幾個字的實際物理意義。所以，在實驗中采用同一種液體與不同金屬圓環或不同表面狀態的同一金屬環進行試驗，加深對表面處理重要性的認識。
  有條件的實驗室應采用大氣泡壓力法測定液體的表面張力，其試驗結果就避免了上述那一番解說。為慎重起見，用環形金屬拉提法測定的結果應與文獻值比較一下，確證試驗的可靠性。[-page-]
四、實驗儀器
  圓環提拉法的界面張力儀（如圖5-1所示）、游標卡尺、分析天平。
  該儀器施加的力是由鋼絲扭轉產生的扭力，該儀器又稱為扭力天平。該扭力也液體表面通過鉑金環施加的表面張力相平衡，，當扭力繼續增加，液面被拉破時鋼絲扭轉的角度用刻度上的游標指示出來，此值就是該液體的表面張力值，用牛/米表示。長期使用后鋼絲產生扭轉損傷，尤其時極度扭轉超過了彈性扭轉的極限，或鋼絲銹蝕，就需要校正或更換鋼絲。
五、實驗步驟
1、測量前的準備
（1）將界面張力儀放在不振動的平穩地方，用調節螺旋E使儀器處水平狀態；
 （2）調儀器的初始狀態；將鉑金環掛在吊桿臂的下端，取一小紙片（約0.g左右）放在鉑金環上，打開臂之制止器J和K，使鋼絲自由作用在臂上，用放大鏡R看指針L與反射上的紅線重合，此時刻度盤上的游標正好指為零；如果不是，則微調蝸輪把手P，使之為零；
 （3）校正界面張力儀，具體做法如下；
  在鉑金環上放一小紙片，紙片上放一定質量的砝碼，此時就相當于鉑金環上施加了一個往下的作用力mg；輕旋渦輪把手，直到指針與反射鏡上的紅線重合，記下此時刻盤上游標的

   若該數值與刻度盤讀數不一致，就應調節鋼絲的長度?？潭缺P讀數偏大，則應縮短短鋼絲長度；反之亦然。反復調幾次直到刻度盤上讀數與質量校正計算值一致；
 （4）將盛試樣的玻璃杯和鉑金圓環用洗液浸洗，并用蒸餾水沖洗三遍后在100℃的干凈烘箱中干燥待用；推薦洗液配比如下：

2、表面張力測定

 （1）將待測液體倒入玻璃樣品杯中約25mm深的量，并將杯放于樣品座中間位置，旋轉樣品座升降螺母B，使鉑金環浸入液體中，此時指針和反射鏡紅線重合，緩緩旋轉把手M增加鋼絲的扭力并使鉑金環拉緊，緩緩提起，這時指針與紅線重合，繼續施加扭力直到鉑金環與液體形成的膜破裂，此時讀下刻盤上的值P、P為未校正的表面張力值，
（2）取一不干凈甚至于用油部分污穢的鉑金環測量上述同一種液體，操作同（1）；分別記錄刻度盤讀數。[-page-] 
 （3）有興趣的同學可以制作一個鋼絲環，銅絲環，除用洗液浸洗外，其他各項均按上述步驟操作，并記錄同一液體和不同金屬環測試的讀數，并比較討論。
（4）取兩種不相容混的液體，將鉑金環浸于下面液體中，然后慢慢提拉至兩液交界處，此時有兩種情況；（1）兩液體之一的水在下面則鉑金環往上提；2、如兩液體之一的水在上面，則鉑金環靠螺旋B往下走使之指針L與紅線重合，終加大扭力使界面膜破裂，讀下刻度盤上的值。這是一種訓練，所測數據與單純一種水所測結果比較。

3、校正表面張力

4、實驗結束
 實驗完畢后應使扭力鋼絲處于不受力狀態，扭力鋼絲切忌扭轉360度以上。
實驗5思考題
1、 測量表面張力的金屬環一定要用鉑金環嗎？為什么？
2、表面張力校正的理由據說是由于表面張力是與表面相切方向，在側環被往上提拉時，使液體變形，當液體變形到破裂時，破裂點到環中心的距離不是嚴格的環的半徑，這種影響與R1/r值相關R2/r實際上反映環的變形剛性R1/r值越大，剛性越小，那么R2/r代表什么呢？試說明。
3、測定某一液體表面張力后測試另一液體表面張力，是否還需洗凈鉑金屬環？