本文運用現(xian)代(dai)儀(yi)器(FTA200動(dong)態接(jie)觸(chu)(chu)角(jiao)測(ce)量(liang)儀(yi))測(ce)量(liang)了(le)15個天然(ran)和(he)合(he)成寶(bao)(bao)玉石(shi)(shi)品(pin)種(zhong)(鉆(zhan)石(shi)(shi)、合(he)成碳硅石(shi)(shi)、合(he)成立方(fang)氧(yang)化鋯、碧璽、托帕(pa)石(shi)(shi)、翡翠、琥(hu)珀等(deng))，以(yi)及經覆膜(mo)和(he)充(chong)填(tian)2種(zhong)處理方(fang)法(fa)的寶(bao)(bao)玉石(shi)(shi)樣品(pin)(鍍膜(mo)鉆(zhan)石(shi)(shi)、覆膜(mo)托帕(pa)石(shi)(shi)、覆膜(mo)翡翠、覆膜(mo)琥(hu)珀、充(chong)填(tian)碧璽)的表面接(jie)觸(chu)(chu)角(jiao)，并(bing)運用公式計算其表面張力(li)。

 接(jie)觸角(jiao)的測(ce)(ce)量(liang)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)根據直接(jie)測(ce)(ce)量(liang)物(wu)理量(liang)的不同可以(yi)分為量(liang)角(jiao)法(fa)(fa)(fa)(fa)、透過(guo)(guo)法(fa)(fa)(fa)(fa)、測(ce)(ce)力(li)法(fa)(fa)(fa)(fa)和長度法(fa)(fa)(fa)(fa)。量(liang)角(jiao)法(fa)(fa)(fa)(fa)直觀(guan)，但測(ce)(ce)試結果受操作者(zhe)影響，誤差較(jiao)大(da)；透過(guo)(guo)法(fa)(fa)(fa)(fa)適(shi)用于固體粉末；測(ce)(ce)力(li)法(fa)(fa)(fa)(fa)運用電子天平，讀數較(jiao)精確，德(de)國KRUSS公(gong)司的動態表面能分析(xi)儀基(ji)于此方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)設計制造；長度法(fa)(fa)(fa)(fa)形式(shi)之(zhi)一的小液(ye)滴(di)法(fa)(fa)(fa)(fa)(球(qiu)冠)是(shi)當液(ye)滴(di)足(zu)夠小時，重力(li)可以(yi)忽略，液(ye)滴(di)是(shi)理想(xiang)的球(qiu)冠型，測(ce)(ce)量(liang)在固體平面上小液(ye)滴(di)的高度(h)和寬度(2r),二者(zhe)關(guan)系可以(yi)表示為如下(xia)公(gong)式(shi)：

sinθ=2hr/(h2+r2)（1)

通(tong)過測(ce)量h和r，可以根據公式(shi)(1)計(ji)算出(chu)接(jie)觸角(jiao)θ。本次(ci)實(shi)驗采用的美(mei)國FTA公司的表(biao)面(mian)張力(li)動態接(jie)觸角(jiao)分析系統依(yi)據此原理設(she)計(ji)制造(zao)。該方法(fa)受操作者(zhe)影響較小(xiao)(xiao)，誤差(cha)小(xiao)(xiao)，但公式(shi)(1)需(xu)滿(man)足(zu)一(yi)(yi)些(xie)假(jia)設(she)條件，這些(xie)條件在實(shi)際測(ce)量中可能無法(fa)滿(man)足(zu)，如(ru)液滴的體積不是非常小(xiao)(xiao)，重力(li)影響不能忽略，液滴在粗糙表(biao)面(mian)、多(duo)相表(biao)面(mian)的接(jie)觸角(jiao)不是軸(zhou)對稱，因此會帶來一(yi)(yi)些(xie)誤差(cha)。

本(ben)次實驗(yan)選用(yong)運(yun)用(yong)此原(yuan)理的(de)美國FTA儀器，是基于被(bei)測(ce)樣(yang)品的(de)特點(dian)，寶玉(yu)石本(ben)身體(ti)積小(xiao)，對測(ce)試液滴的(de)尺寸(cun)要求(qiu)較小(xiao)，且寶玉(yu)石表(biao)面經過拋光后較為光滑，可能造(zao)成的(de)誤差較小(xiao)。

測(ce)量(liang)方(fang)法

測(ce)量(liang)儀器

儀(yi)(yi)器選用可測(ce)量(liang)被測(ce)物體(ti)的(de)表面張(zhang)力和(he)接(jie)觸角的(de)表面張(zhang)力測(ce)試儀(yi)(yi)，該儀(yi)(yi)器能夠精(jing)確(que)地顯示液滴的(de)外觀，并裝備了易于調整的(de)樣(yang)(yang)品臺(tai)，內置計算機控制的(de)進(jin)樣(yang)(yang)系(xi)統定位方便，可控制小劑量(liang)給樣(yang)(yang)。使用的(de)控制液滴大小的(de)測(ce)試針頭是27 Gauge。

實驗(yan)樣品及測量過程(cheng)

(1)實(shi)驗樣品

本次實驗選(xuan)用鉆石(shi)、鍍膜(mo)(mo)鉆石(shi)、合(he)成碳(tan)硅石(shi)、合(he)成立方氧化鋯(CZ)、紅寶(bao)石(shi)、合(he)成紅寶(bao)石(shi)、藍寶(bao)石(shi)、合(he)成藍寶(bao)石(shi)、橄欖石(shi)、透輝石(shi)、長石(shi)、黃(huang)水晶、碧(bi)璽(xi)(xi)、充填碧(bi)璽(xi)(xi)、托帕石(shi)、覆(fu)(fu)膜(mo)(mo)托帕石(shi)、翡翠、覆(fu)(fu)膜(mo)(mo)翡翠、琥珀(po)、覆(fu)(fu)膜(mo)(mo)琥珀(po)共計21粒(li)。

選用去離子水(shui)作為檢(jian)測液體(ti)。

實驗(yan)儀器誤差為(wei)1%。

(2)測量過程

在相(xiang)同實驗條件下分別對21粒(li)待(dai)測(ce)樣品逐一清洗，進行測(ce)試(shi)并記錄數(shu)據。具體測(ce)量步驟如下。

①用酒(jiu)精清潔(jie)樣(yang)品(pin)表面。

②將待測(ce)(ce)樣品(pin)放(fang)置在樣品(pin)臺上，固(gu)定(ding)寶(bao)石并使寶(bao)石待測(ce)(ce)表(biao)面水平。

③使用計算機軟件(jian)調節控(kong)制(zhi)液(ye)體體積及液(ye)滴速率，待液(ye)滴穩定后，微調樣品(pin)臺，使液(ye)滴與樣品(pin)臺上的樣品(pin)觸碰，測量樣品(pin)的接觸角。

本次實驗已知水的表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)72.8 mN/m(20℃)，利用公式計(ji)算得出(chu)各寶(bao)(bao)(bao)玉(yu)石(shi)(shi)(shi)品種的表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)分(fen)別(bie)為：鉆石(shi)(shi)(shi)67.4 mN/m，合(he)成(cheng)(cheng)碳硅石(shi)(shi)(shi)68.6 mN/m，合(he)成(cheng)(cheng)立方(fang)氧(yang)化鋯(CZ)71.5 mN/m，紅寶(bao)(bao)(bao)石(shi)(shi)(shi)60.5 mN/m，合(he)成(cheng)(cheng)紅寶(bao)(bao)(bao)石(shi)(shi)(shi)58.8 mN/m，藍寶(bao)(bao)(bao)石(shi)(shi)(shi)60.1 mN/m，合(he)成(cheng)(cheng)藍色寶(bao)(bao)(bao)石(shi)(shi)(shi)60.3 mN/m，橄欖(lan)石(shi)(shi)(shi)66.6 mN/m，透輝石(shi)(shi)(shi)70.5 mN/m，長石(shi)(shi)(shi)71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m，碧璽67 mN/m，托帕石(shi)(shi)(shi)72.3 mN/m，翡翠70.4 mN/m，琥珀49.9 mN/m。從表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)數值(zhi)(zhi)的差異可以看出(chu)，部(bu)分(fen)不同(tong)品種寶(bao)(bao)(bao)玉(yu)石(shi)(shi)(shi)的表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)數值(zhi)(zhi)有較大(da)差異，如鉆石(shi)(shi)(shi)67.4 mN/m，紅寶(bao)(bao)(bao)石(shi)(shi)(shi)60.5 mN/m，琥珀49.9 mN/m；也有部(bu)分(fen)其表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)數值(zhi)(zhi)較為接近，如長石(shi)(shi)(shi)71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m。因此(ci)，表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)數值(zhi)(zhi)僅可作為寶(bao)(bao)(bao)玉(yu)石(shi)(shi)(shi)品種的輔助鑒(jian)定依據。