表面接觸角的測量及表面張力在寶玉石鑒定中的應(yīng)用-論文.pdf

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1、2014年9月巖礦測試V01．33．No．5September2014R0CKANDMINERALANALYSIS68l～689文章編號：0254—5357(2014)05—0681—09表面接觸角的測量及表面張力在寶玉石鑒定中的應(yīng)用鮑雪，陸太進，魏然，張勇，李海波，陳華，柯捷(1．國土資源部珠寶玉石首飾管理中心北京珠寶研究所，北京100013；2．國家珠寶玉石質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京100013；3．國土資源部珠寶玉石首飾管理中心，北京100013)摘要：表面張力是固體表面重要的物理化學(xué)參數(shù)之一，其大小與溫度和界面兩相

2、物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)?；赮oung方程的推導(dǎo)，使用接觸角測量法計算固體表面張力已被廣泛應(yīng)用于表面科學(xué)和工程領(lǐng)域。寶玉石材料大多具有光潔的表面，在接觸角測量的準確性方面較其他表面不均一的固體材料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。本文運用現(xiàn)代儀器(FTA200動態(tài)接觸角測量儀)測量了15個天然和合成寶玉石品種(鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯、碧璽、托帕石、翡翠、琥珀等)，以及經(jīng)覆膜和充填2種處理方法的寶玉石樣品(鍍膜鉆石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧璽)的表面接觸角，并運用公式計算其表面張力。測試數(shù)據(jù)表明，不同品種寶玉石的接觸角

3、數(shù)值存在差異，如鉆石的接觸角值為56．68。，其仿制品立方氧化鋯的接觸角值為37．79。；覆膜處理與未經(jīng)覆膜處理的天然寶玉石的接觸角數(shù)值差異明顯，如琥珀的接觸角值為92．49。，覆膜琥珀的接觸角值為66．49。；充填處理寶玉石接觸角的測試由于控制液滴的大小受條件限制操作難度較大，測試結(jié)果不能準確表達為裂隙中充填物的接觸角數(shù)值，故充填處理的寶石不宜采用此方法進行區(qū)分。研究表明，對于部分寶玉石品種和覆膜處理寶玉石，其表面接觸角及表面張力數(shù)值差異顯著，可以作為寶玉石品種的輔助鑒定依據(jù)；尤其是運用接觸角的差異對于寶玉石鑒定具有

4、較好的判別性，能夠?qū)Σ煌贩N的天然寶玉石與表面覆膜的寶玉石樣品進行有效區(qū)分。與常規(guī)寶石檢測方法(如紅外光譜、折射率測量方法)對比，接觸角測量方法具有測量準確、操作簡便，不破壞樣品的特點，符合寶玉石無損鑒定的基本原則，且能夠安全快速地測量高折射率寶石，可以解決寶玉石表面覆膜等與表面物性相關(guān)的檢測疑難問題。關(guān)鍵詞：接觸角；表面張力；寶玉石；覆膜處理；充填處理；鑒定中圖分類號：P619文獻標識碼：A表面張力是固體表面重要的物理化學(xué)參數(shù)之觸角的差異對于不同品種的寶玉石鑒定應(yīng)有較好的一，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。對判

5、別性；且這種物理測試技術(shù)不破壞樣品，符合寶玉于固體表面，由于其表面分子或原子失去了流動性，石無損鑒定的基本原則。1977年，Nassau等為了使得其表面存在微觀凹凸不平、孔隙等幾何不均一區(qū)分鉆石與其他仿制品，測量了27個不同品種寶石性，且實際固體表面的復(fù)雜性使得固體表面張力的材料的接觸角，實驗結(jié)果表明接觸角的差異能夠清測量計算較液體困難許多?；赮oung方程的推晰地區(qū)分鉆石及其他仿制品，如合成立方氧化鋯導(dǎo)，使用接觸角測量法計算固體表面張力被廣泛應(yīng)(cz)、釓鎵榴石(GGG)、釔鋁榴石(YAG)等，分析用于表面科學(xué)和工

6、程領(lǐng)域¨J，前人對于聚合物等化了實驗條件(包括儀器設(shè)備)對接觸角測量準確度學(xué)材料的接觸角測量和表面張力的定量計算亦有較的影響因素，例如被測樣品表面潔凈程度、測試液體多研究和應(yīng)用。種類、測試儀器裝置等。在珠寶玉石鑒定領(lǐng)域，由于寶玉石材料多具有當前珠寶玉石表面處理技術(shù)日漸成熟，市場上光潔的表面，在接觸角測量的準確性方面較其他表各種覆膜、鍍層等經(jīng)表面處理的珠寶玉石材料，給實面不均一的固體材料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，運用接驗室鑒定帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，某些樣品利用通收稿日期：2014—03—27；修回日期：2014—05—05；接

7、受日期：2014—06—20作者簡介：鮑雪，助理研究員，主要從事珠寶玉石評估管理和寶玉石表面物性研究工作。E—mail：baoxue1229@163．COll。一68l一第5期巖礦測試http：／／WWW．ykcs．a(chǎn)c．on常的紅外光譜儀器檢測已有難度，需要破壞樣品進夾角0，是潤濕程度的量度。如圖1所示。行測試，且折射率等常規(guī)檢測方法對于特定的寶玉固一氣、液一固、液一氣這三個界面張力的平衡石品種鑒定也有不同程度的困難，急需尋找新方法關(guān)系可以用Young方程表達：解決疑難問題。而開發(fā)利用珠寶玉石的表面性質(zhì)，ysG=Lc

8、cos0+sL(1)分析理解天然、合成及優(yōu)化處理珠寶材料的表面張式中，。、。和分別表示固一氣、液一固、液一力性質(zhì)差異，可作為珠寶玉石準確鑒定的輔助檢測氣界面張力，0為接觸角。方法。目前，國內(nèi)外已具備大量成熟的表面張力動態(tài)接觸角分析儀器，如德國KRUSS公司生產(chǎn)的型號為K12的動態(tài)表面能分析儀、德國Dataphysics公司推出的O