1、一种液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,其特征在于它包括如下步骤:
A)选择合适衬底,使待测液体能够浸润于衬底表面;
B)测量衬底的力学谱,即通过测量变温过程中衬底的内耗和共振频率,进 而得到衬底的杨氏模量;
C)将待测液体涂在衬底表面组成复合物,测量复合物的力学谱,即变温过 程中复合物的内耗和共振频率;
D)通过计算得到液体变温过程中的力学谱,即复杨氏模量;液体复杨氏模 量表示为Y=Y′+iY″,其中Y′和Y″分别为复杨氏模量的实部和虚部,并由下 式确定:
式中,ρd为液体的密度,比例系数k=m/l,m为液体所占的长度, l1为转动惯量、其中 l、b、a分别为衬底的长度、宽度和厚度; 变温过程中衬底的内耗Qs -1、共振频率f1,ω1为角频率,ω1=2πf1;杨氏模量 Ys;
转动惯量
其中,中间参量 通常可近似为
变温过程中复合物的内耗Qtotal -1和共振频率f2,对应角频率ω2=2πf2。
2、根据权利要求1所述的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,其特征在 于:步骤A)中,选择与液体有很好浸润的衬底材料。
3、根据权利要求1所述的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,其特征在 于:步骤B)中,采用双端两节点共振簧方法测量衬底的力学谱,得到变温过程 中衬底的内耗Qs -1、共振频率f1,进而得到杨氏模量Ys; 式中ρs为衬底的密度、l1为转动惯量、ω1为角频率,其中 l、b、 a分别为衬底的长度、宽度和厚度,ω1=2πf1。
4、根据权利要求1所述的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,其特征在 于:步骤C)中,采用双端两节点共振簧方法,测量变温过程中复合物的内耗Qtotal -1 和共振频率f2,对应角频率ω2=2πf2。
技术领域
本发明属于物理领域,涉及一种物理参数的测量方法,具体地说是一种液体 力学谱中复杨氏模量的测量方法。
背景技术
力学谱,也就是指复模量对于
温度和
频率的变化关系。这里的复模量一般包 括复
剪切模量和复杨氏模量。对于复剪切模量,通常使用低频扭摆实验方法来测 量,
频率范围一般在0.1-10赫兹;对于复杨氏模量,通常使用音频单端或双端簧 振动实验方法,采用不同
节点数的振动模式来测量,音频频率范围在0.1-20千赫。 还有就是兆赫频率的超声衰减
和声速实验方法。上述三类不同频段的力学谱测量 在固体材料中的应用已经十分成熟。
由于液体没有固定的几何形状,固体中的低频扭摆实验方法和音频单端或双 端簧振动实验方法不能直接应用到液体力学谱的研究中。对于液体音频范围的力 学谱测量,一直是一个难题。目前,只有兆赫频率的超声衰减和声速实验方法被 应用到液体的力学谱研究中。因而,国内外还没有一个成熟的测量液体音频范围 力学谱的实验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单的
液体力学谱中复杨氏模量的测量方法。 运用该测量方法测量液体的力学谱中音频范围的复杨氏模量,测量结果准确,取 得了十分满意的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,其特征在于它包括如下步骤:
A)选择合适衬底,使待测液体能够浸润于衬底表面;通常一个标准衬底的 尺寸规格大约是40×4×0.4mm3。衬底材料的选择,需要考虑待测液体的性质, 要求液体能够浸润于衬底表面,如,测液体是甘油,可选择
石英玻璃衬底。
B)测量衬底的力学谱,得到变温过程中衬底的内耗和共振频率,进而得到 衬底的杨氏模量;测量时,采用双端两节点共振簧方法测量衬底的力学谱,得到 变温过程中衬底的内耗Qs -1、共振频率f1,进而得到杨氏模量Ys;
式中ρs为衬底的
密度、l1为
转动惯量、ω1为
角频率,其中
l、b、a分别为衬底的长度、宽度和厚度,ω1=2πf1。
C)将待测液体涂在衬底表面组成复合物,测量复合物的力学谱,得到变温 过程中复合物的内耗和共振频率;同样,测量时采用双端两节点共振簧方法,测 量复合物变温过程中的内耗Qtotal -1和共振频率f2,对应角频率ω2=2πf2。
D)通过计算得到液体力学谱中的复杨氏模量;计算公式如下:
液体复杨氏模量表示为Y=Y′+iY″,其中Y′和Y″分别为复杨氏模量的
实部和
虚部,并由下式确定:
式中,ρd为液体的密度,比例系数k=m/l,m为液体所占的长度,
转动惯量
其中,中间参量
通常可近似为
本发明在测量液体力学谱中的复杨氏模量时,首先测量特定衬底的力学谱, 然后测量液体与衬底组成的复合物的力学谱,最后通过公式计算得到液体力学谱 中的复杨氏模量。本发明解决了测量液体音频范围力学谱中复杨氏模量的难题, 使得液体力学谱的测量十分方便,易行,并且测量结果准确。本发明所述的测量 方法用来测量甘油、
碳酸丙二醇等力学谱,测量结果十分理想。
附图说明
图1是本发明所用测量装置结构示意图;
图2是图1中样品装置部分示意图。
图3是归一化的甘油力学谱图;
图4是归一化的碳酸丙二醇力学谱图。
具体实施方式
实施例1
一种本发明所述的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,待测液体为甘油, 它包括如下步骤:
A)选择石英玻璃作为衬底,使甘油能够浸润于石英玻璃表面;衬底的尺寸 规格大约是40×4×0.4mm3。
B)测量石英玻璃衬底的力学谱,这里的力学谱是指复杨氏模量随温度的变 化关系。测量时,测量装置结构见图1,样品装置结构见图2,采用双端两节点 共振簧方法测量衬底的力学谱,得到变温过程中衬底的内耗Qs -1、共振频率f1, 进而得到杨氏模量Ys;
式中ρs为衬底的密度、l1为转动惯 量、ω1为角频率,其中
l、b、a分别为衬底的长度、宽度和厚度, ω1=2πf1。
C)将甘油涂在石英玻璃表面组成复合物,测量复合物的力学谱,得到变温 过程中复合物的内耗和共振频率;同样,测量时采用双端两节点共振簧方法,测 量复合物变温过程中复合物的内耗Qtotal -1和共振频率f2,对应角频率ω2=2πf2。
D)通过计算得到甘油力学谱中的复杨氏模量;计算公式如下:
甘油复杨氏模量表示为Y=Y′+iY″,其中Y′和Y″分别为复杨氏模量的实部和 虚部,并由下式确定:
式中,ρd为甘油的密度,比例系数k=m/l,m为甘油所占的长度,
转动惯量
其中,中间参量
通常可近似为
将实验结果绘成图,得到图3,图3是归一化的甘油力学谱,由图中可知甘 油的复杨氏模量。图中,横坐标为温度,纵坐标分别为归一化的甘油复杨氏模量 的实部和虚部,温度低于185K,为
玻璃态,高于185K以上,为液态。
实施例2
一种本发明所述的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法,待测液体为碳酸丙 二醇。测量步骤同实施例1,选用石英玻璃作为衬底,
将实验结果绘成图,得到图4,图4是归一化的碳酸丙二醇力学谱,由图中 可知碳酸丙二醇的复杨氏模量。图中,横坐标为温度,纵坐标分别为归一化的碳 酸丙二醇复杨氏模量的实部和虚部,温度低于159K,为玻璃态,高于159K以 上,为液态。