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表面張力和接觸角的關系|寶玉石接觸角的測量結果和表面張力計算方法（二）
來源： 巖礦測試 瀏覽 147 次 發(fā)布時間:2025-11-13
2.1測量方法
2.1.1測量儀器
儀器采用芬蘭Kibron EZ-Pi Plus便攜式動態(tài)表面張力儀，可測量被測物體的表面張力和接觸角，測試儀器型號為FTA200(圖2)。該儀器能夠精確地顯示液滴的外觀，并裝備了易于調整的樣品臺，內(nèi)置計算機控制的進樣系統(tǒng)定位方便，可控制小劑量給樣。使用的控制液滴大小的測試針頭是27 Gauge(圖3)。
圖2 EZ-Pi Plus便攜式動態(tài)表面張力儀
圖3控制液滴大小的針頭(針頭標準：27 Gauge)
2.1.2實驗樣品及測量過程
(1)實驗樣品
本次實驗選用鉆石、鍍膜鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯(CZ)、紅寶石、合成紅寶石、藍寶石、合成藍寶石、橄欖石、透輝石、長石、黃水晶、碧璽、充填碧璽、托帕石、覆膜托帕石、翡翠、覆膜翡翠、琥珀、覆膜琥珀共計21粒。
選用去離子水作為檢測液體。
實驗儀器誤差為1%。
(2)測量過程
在相同實驗條件下分別對21粒待測樣品逐一清洗，進行測試并記錄數(shù)據(jù)。具體測量步驟如下。
①用酒精清潔樣品表面。
②將待測樣品放置在樣品臺上，固定寶石并使寶石待測表面水平。
③使用計算機軟件調節(jié)控制液體體積及液滴速率，待液滴穩(wěn)定后，微調樣品臺，使液滴與樣品臺上的樣品觸碰，測量樣品的接觸角。
測試樣品信息及其接觸角測量值見表1。
表1 寶石接觸角測量數(shù)據(jù)表 測試樣品信息及其接觸角測量值| 樣品編號 | 樣品名稱 | 顏色 | 琢型 | 接觸角測量值(°) | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 001 | 鉆石 | 無色 | 圓形刻面 | 56.68 | 天然 |
| 002 | 鉆石 | 無色 | 圓形刻面 | 33.33 | 鍍膜處理 |
| 003 | 合成碳硅石 | 綠色 | 圓形刻面 | 52.63 | 合成 |
| 004 | CZ | 無色 | 橢圓刻面 | 37.79 | 合成 |
| 005 | 紅寶石 | 紅色 | 橢圓弧面 | 73.99 | 天然 |
| 006 | 合成紅寶石 | 紅色 | 橢圓刻面 | 77.41 | 合成 |
| 007 | 藍寶石 | 藍色 | 橢圓刻面 | 74.95 | 天然 |
| 008 | 合成藍寶石 | 藍色 | 水滴形刻面 | 74.42 | 合成 |
| 009 | 橄欖石 | 黃綠色 | 橢圓刻面 | 59.14 | 天然 |
| 010 | 透輝石 | 綠色 | 方形刻面 | 44.28 | 天然 |
| 011 | 長石 | 黃色 | 特殊切工 | 39.91 | 天然 |
| 012 | 黃水晶 | 橙黃色 | 特殊切工 | 37.33 | 天然 |
| 013-1 | 碧璽 | 粉紅色 | 橢圓弧面 | 58.08 | 天然 |
| 013-2 | 碧璽 | 粉紅色 | 橢圓弧面 | 45.80 | 充填處理 |
| 014 | 托帕石 | 粉紅色 | 三角形刻面 | 29.48 | 天然 |
| 015 | 托帕石 | 藍色 | 橢圓刻面特殊切工 | 55.49 | 覆膜處理 |
| 016 | 托帕石 | 無色 | 橢圓刻面特殊切工 | 54.04 | 覆膜處理 |
| 017 | 翡翠 | 綠色 | 水滴形弧面 | 44.40 | 天然 |
| 018 | 翡翠 | 綠色 | 隨形 | 50.21 | 覆膜處理 |
| 019 | 琥珀 | 棕紅色 | 半球形 | 92.49 | 天然 |
| 020 | 琥珀 | 黃色 | 圓盤形 | 63.35 | 覆膜，膜為藍綠色 |
| 021 | 琥珀 | 黃色 | 花形 | 69.48 | 覆膜，膜為棕紅色 |
注：表格中"接觸角測量圖片"列為空，表示原始數(shù)據(jù)中未提供圖片鏈接或路徑。
使用不同顏色標識寶石類型：天然、處理、合成
3.寶玉石接觸角的測量結果和表面張力計算
3.1不同品種和不同處理方法的寶玉石的接觸角
3.1.1不同品種的天然和合成寶玉石的表面接觸角
運用FTA200測量天然、合成寶玉石表面接觸角的方法簡便實用。經(jīng)測試得到15種寶玉石的接觸角數(shù)值分別為：鉆石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化鋯(37.79°)、紅寶石(73.99°)、合成紅寶石(77.41°)、藍寶石(74.95°)、合成藍寶石(74.42°)、碧璽(58.08°)、橄欖石(59.14°)、透輝石(44.28°)、長石(39.91°)、黃水晶(37.33°)、托帕石(29.48°)、翡翠(44.40°)、琥珀(92.49°)。實驗數(shù)據(jù)表明不同品種寶玉石有著不同的接觸角值，利用接觸角值可以有效地區(qū)分部分寶玉石品種。本次實驗與Nassau博士等的實驗數(shù)據(jù)鉆石(55°~47°)、合成碳硅石(66°~58°)接近，實驗條件及操作儀器的區(qū)別導致了結果的偏差。在測試過程中，相同品種的接觸角數(shù)值并不是固定的一個值，存在誤差波動。
3.1.2覆膜處理寶玉石的表面接觸角
本文首次對于經(jīng)過覆膜處理的寶石樣品進行測試。實驗測試數(shù)據(jù)表明，天然鉆石(56.68°)、托帕石(29.48°)、翡翠(44.40°)和琥珀(92.49°)分別與經(jīng)過覆膜的鉆石(33.33°)、托帕石(55.49°、54.04°)、翡翠(50.21°)和琥珀(63.35°、69.48°)的接觸角數(shù)值均有明顯差異。以琥珀樣品為例，天然琥珀樣品019，為一個球形珠切開一半，利用切開的平面測得該樣品接觸角為92.49°；覆藍綠色膜的琥珀樣品020，圓盤狀，底部平面覆有一層藍綠色薄膜，測得覆膜平面樣品的接觸角為63.35°；覆棕紅色膜的琥珀樣品021，花朵造型的一部分，表面覆棕紅色薄膜，測得覆膜平面樣品的接觸角為69.48°。樣品019與覆膜樣品020、021的接觸角數(shù)值差異顯著，樣品020與021同為覆膜，但由于膜本身的差異性和測試誤差，實驗數(shù)值并不相同。
3.1.3充填處理寶玉石的表面接觸角
表1中所列的碧璽樣品013-1和013-2是同一個碧璽樣品的兩部分，013-1的接觸角數(shù)值58.08°為碧璽樣品下半部分無裂隙出露的光滑平面部分的測試數(shù)值，013-2的接觸角數(shù)值45.80°為該碧璽上半部大量裂隙出露并有充填物存在部分的測試數(shù)值，實驗數(shù)據(jù)表明二者的接觸角數(shù)值存在差異。由于裂隙中存在充填物，理論上液滴處于充填物測試的數(shù)據(jù)和液滴處于碧璽自身表面測試的數(shù)據(jù)不同，以此可以進行區(qū)分。但寶石表面的裂隙出露面較小，限于目前針頭的尺寸，27Gauge標準的針頭滴出的液滴會將裂隙處全部覆蓋，并溢出到未充填部分，滴到裂隙表面的液滴不能完全控制在裂隙面內(nèi)，因此受控制液滴針頭大小的影響，測試結果不能準確表達為裂隙中充填物的接觸角數(shù)值。若控制液滴的針頭能夠盡可能小，液滴可以剛好落在充填裂隙的物質中，測量出充填物質的接觸角數(shù)值，便可進行區(qū)分。