1. Cel ćwiczenia. 2. Aparatura pomiarowa

Transkrypt

1 ZAKŁAD MECHANIKI DOŚWIADCZANEJ I BIOMECHANIKI INTYTUT MECHANIKI TOOWANEJ Wyział Mechaniczny POITECHNIKA KRAKOWKA INTRUKCJA DO ĆWICZENIA Przemiot: METODY BADANIA BIOMATERIAŁÓW I TKANEK Nr ćwiczenia 2 Temat: Wyznaczanie swobonej energii owierzchniowej wybranych Kierunek: biomateriałów metoą omiaru kąta zwilżania 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie swobonej energii owierzchniowej wybranych biomateriałów rzy użyciu metoy omiaru kąta zwilżania krolą cieczy omiarowej naniesioną na ich owierzchnię. 2. Aaratura omiarowa Pomiar kąta zwilżania krolą cieczy naniesionej na nieruchome ołoże należy wykonać rzy użyciu ukłau omiarowego rzestawionego na rys.1, 2. tanowisko skłaa się z aaratu firmy Avex Instruments wyosażonego w aarat cyfrowy i komutera srzężonego z kamerą z zainstalowanym orogramowaniem EE ystem o omiaru kąta zwilżania i analizy wyników. Krole cieczy omiarowej należy nanosić na ołoże rzy użyciu mikroiety, zamontowanej na baanym ołożem. Baane materiały należy umieścić na stoliku omiarowym. Zjęcie kroli wykonać kamerą cyfrową o obiektywie umieszczonym równolegle w stosunku o baanego ołoża. Wyznaczenie kąta zwilżania θ wykonać metoą geometryczną rzy użyciu rogramu komuterowego ee ystem. Rys. 1. Wiok stanowiska Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 1

2 Rys. 2. chemat stanowiska o oznaczania kąta zwilżania 3. Wykonanie ćwiczenia Pomiar kąta zwilżania metoą geometryczną 1) Przygotować roztwory zwilżające (gliceryna, woa estylowana). 2) Przemyć baaną owierzchnię wybranych materiałów etanolem, osuszyć, a nastęnie umieść ją na stoliku omiarowym. 3) Otworzyć alikację EE ystem i wrowazić nazwę liku oraz foler na ysku o zaisania obrazu. 4) Ustawić kamerę na wrost materiału. Ustawienie zbyt nisko (lub zbyt wysoko) może sowoować błęny oczyt kąta zwilżania. 5) Wybrać rozmiar kroli na mikroiecie. Naełnić mikroietę cieczą wzorcową. 6) Delikatnie naciskając na tłok mikroiety umieścić krolę na owierzchni materiału. 7) Ustawić ostrość, orzez oalanie/rzybliżanie stolika omiarowego i zarejestrować wiok z kamery orzez wciśnięcie rzycisku Cature. Prze wykonaniem zjęcia la nowej kroli należy uewnić się że w okienku Picture name winieje oowienia nazwa. 8) Czynność owtórzyć la wszystkich materiałów i cieczy omiarowych. 9) Po zarejestrowaniu rzynajmniej ięciu serii, wybrać zakłakę Analysis wyznaczyć rofil kroli orzez ustalenie trzech unktów (wa u ostawy w unkcie zetknięcia obwieni kroli z materiałem i jeen na obwozie kroli) 10) Z ola Angle oczytać wyświetlaną wartość (rys.5). 11) Uruchomić zakłakę Calculations i wybrać żąany moel o obliczenia swobonej energii owierzchniowej (EP) (rys. 8). Wynik zostanie umieszczony w zakłace Reorts (rys. 7). Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 2

3 Wyznaczenie kąta zwilżania metoą geometryczną szczegółowy ois rogramu EE ystem Wykonanie zjęcia kroli cieczy (Camera) Wybierz okno Camera w celu uzyskania rzeczywistego w czasie obrazu kroli. Naaj nazwę liku w olu Picture name. Dzięki funkcji Cature, zjęcie zostanie zaisane jako bitmaa. Nazwy zaisywanych zjęć bęą wioczne w kolumnie o rawej stronie okna ialogowego. Jeżeli nazwa nowego liku nie jest zmieniana, nowe liki są numerowane o 0 (n. nazwa_0.see, nazwa_1.see, it.) (rys. 3). nazwa liku Rys. 3. Wiok kroli cieczy naniesionej na ołoże Analiza (Analysis) Quick F4 w analizie wykorzystujemy tylko 3 unkty, ierwsze wa muszą być na granicy ciecz - ciało stałe w celu zefiniowania linii bazowej, a trzeci owinien znajować się na śroku konturu kroli. Użytkownik może wykorzystać funkcję Clear w każym czasie la wybranych unktów. Nowe unkty mogą być umieszczane o wybraniu A z menu Analysis (rys. 4). Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 3

4 2 1 3 nazwa cieczy Rys. 4. Krola cieczy z zaznaczonymi unktami o analizy Rys. 5. Zmierzony kąt zwilżania Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 4

5 Obliczenia (Calculation) Każa nowa ciecz ma swoją własną zakłakę, kliknij na nagłówek i wybierz używaną rzez Ciebie ciecz. wybór cieczy wybór kątów o obliczeń Rys. 6. Wiok okna obliczenia (Calculation) Wybór kątów zwilżania o obliczenia energii owierzchniowej Każa nowa ciecz stosowana w omiarach ma swój lik, orzez kliknięcie nagłówka należy wybrać rozaj cieczy stosowanej w omiarach. Wyglą okna zależy o wybranej metoy kalkulacji z menu głównego z zakłaki Moels. Aby wybrać rozaj cieczy wykorzystywanej w omiarze kąta zwilżania należy kliknąć kolumnę z nagłówkiem i wybrać aną ciecz z listy (rys. 4 i 6). ista zawiera ciecze wraz z zefiniowanymi arametrami naięcia owierzchniowego. Kąty należy wybrać zaznaczając lewym rzyciskiem myszy (rys. 6). Zaznaczone kąty bęą wykorzystane o obliczeń energii owierzchniowej. Wybór cieczy zależy o rzyjętej metoy analizy weług zefiniowanego moelu obliczeniowego. Wyniki obliczeń znajują się w zakłace Reorts (rys. 7). Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 5

6 Rys. 7. Wiok okna Raorts Moel Owens-Went moel Metoa ta olega na rzerowazeniu omiarów za omocą wóch cieczy, jenej olarnej a rugiej nieolarnej i wyliczeniu weług właściwego algorytmu śreniej wartości swobonej energii owierzchniowej. Konsekwencją stosowania tej metoy, jest oział swobonej energii owierzchniowej na wie skłaowe: ysersyjną i olarną. Rys. 8. Wybór moelu o obliczenia (EP) Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 6

7 4. Oracowanie srawozania rawozanie owinno zawierać nastęujące skłaowe: 1. Cel ćwiczenia 2. Metoyka omiarów Zamieścić charakterystykę obiektów baań oraz ois stosowanej metoy omiarowej. 3. Wyniki omiarów Kąty zwilżania la oszczególnych cieczy należy umieścić w tabeli wg wzoru (tabela 1). woboną energię owierzchniową obliczyć wg moelu Owensa-Wenta korzystając z ukłau równań (1). Wartość swobonych energii owierzchniowych cieczy zaczernąć z tabeli 2. Próbka biomateriału Tabela 1. Wyniki omiarów i obliczeń kłaowe swobonej energii owierzchniowej [mj/m 2 ] Śreni kąt zwilżania [ C] Kalkulacja rzy użyciu rogramu ee ystem Kalkulacja rzy użyciu ukłau równań (1) gliceryna Ciecz omiarowa Glikol etylenowy woa 1 cos cos 2 2 ( ( ) ) 0,5 0,5 ( ( ) ) 0,5 0,5 (1) Gzie: γ swobona energia owierzchniowa baanego materiału γ skłaowa ysersyjna swobonej energii owierzchniowej baanego materiału γ skłaowa olarna swobonej energii owierzchniowej baanego materiału γ swobona energia owierzchniowa cieczy omiarowej γ skłaowa ysersyjna swobonej energii owierzchniowej cieczy omiarowej γ skłaowa olarna swobonej energii owierzchniowej cieczy omiarowej θ 1 kąt zwilżania woą θ 1 kąt zwilżania rugą cieczą omiarową Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 7

8 Tabela 2. Wartości swobonych energii owierzchniowych cieczy wykorzystywanych w ćwiczeniu Ciecz omiarowa γ [mj/m 2 ] γ [mj/m 2 ] γ [mj/m 2 ] Woa 72,8 21,8 51,0 Gliceryna 64,0 34,0 30,0 Formami 58,0 39,0 19,0 Dijoometan 50,8 50,8 0 α-bromonaftalen 44,4 43,7 0,9 4. Wnioski formułować wnioski onośnie oziaływań oszczególnych cieczy z baanymi owierzchniami oraz oisać cechy biomateriałów w oniesieniu o kontaktu ze śroowiskiem żywego organizmu. Oracowanie: r inż. Aneta iber-kneć, r inż. ylwia Łagan trona 8