本发明公开了一种基于water－MTLF方法对超疏水气膜层厚度的测量装置及测量方法，该测量装置包括定位测量皿、防浸润丝线、升降控制步进电机、电机支撑平台、水平移动平台和液面高度测量仪。与之匹配的测量方法是先测量水中超疏水气膜层的厚度，然后测量硅油中超疏水气膜层的厚度，两者相减可以得到超疏水气膜层的厚度。相比于CLSM技术和Micro－PIV技术的测量方法，本发明对超疏水表面的测量范围更大，能够测量表面积不小于100mm×100mm，测量精度为10nm。测量过程对操作人员的专业水平要求更低。
基于water－MTLF方法对超疏水气膜层厚度的测量装置及测
量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及超疏水气膜层厚度的测量，更加具体地说，涉及一种室温水环境中进行超疏水层与水接触形成的气膜层，且该气膜层厚度的测量。本发明water－MTLF方法利用
了超疏水膜层在水中Cassie状态和油中Wenzel状态的液面高度差表面的大面积气膜层厚
度测量装置及其测量方法。
背景技术
[0002] 船舶、潜艇、鱼雷等各种水中航行体的表面加工有超疏水膜层或涂层。水中航行体在运行过程中所受的阻力主要为摩擦阻力，约占总阻力的50％～80％，所以降低水下摩擦
阻力对提升航行体航速、节约航行体能耗等方面有着重要的工程价值。受启发于自然界中
超疏水表面Cassie状态的特性及气体粘度远小于水，越来越多的人开始水下超疏水表面的
减阻研究。然而，作为表面能和表面粗糙度对超疏水性能影响的重要体现，以及超疏水性能
对流动减阻的直接作用媒介，气膜层的定量化测量方法屈指可数。气膜层是指水中航行体
运行过程中与水接触后因Cassie状态形成的空气介质的隔离层。目前学者和技术人员常用
的有微粒子图像测速(Micro－PIV)技术和共聚焦显微测量(CLSM)技术。
[0003] 微粒子图像测速(Micro－PIV)技术是传统PIV测量与光学显微技术相结合的一种整场、瞬态、定量测量方法。Micro－PIV的测速原理是在流场中播撒流动跟随性很好的示踪
粒子，对粒子进行激光照明、由CCD相机记录连续两次曝光时间间隔粒子的位移情况，最后
计算机图像分析技术给出瞬时速度场。
[0004] 共聚焦显微测量(CLSM)技术是在荧光显微镜成像基础上配置激光光源和扫描装置，在传统光学显微镜基础上采用共轭聚焦装置，利用计算机进行图像处理，对观察样品进
行断层扫描和成像的一种测量技术。
[0005] 上述两种方法都不合适水环境的测量，另外对超疏水表面测量尺寸也受到限制，一般被测对象的长、宽不大于100μm、且厚度不大于10μm。Micro－PIV技术与CLSM技术在进
行测量时，要求操作人员具有这方面的专业知识及技术，限制了上述方法的进一步推广使
用及超疏水性能的进一步研究。
[0006] 为了能够实现室温水环境中对超疏水膜层或涂层进行气膜层厚度的理论分析，本发明提出了一种基于water－MTLF方法对超疏水层与水接触的气膜层厚度的测量装置及测
量方法。
发明内容
[0007] 本发明的目的之一是提出了water－MTLF方法。所述water－MTLF方法存储于光学3D表面轮廓仪的处理器中。
[0008] 本发明的目的之二是设计了一种基于water－MTLF方法对超疏水气膜层厚度的测量装置。
[0009] 本发明的目的之三是应用基于water－MTLF方法的装置进行水环境大面积超疏水气膜层厚度的测量方法。水环境大面积指的是测量范围不小于100mm×100mm，测量精度为
10nm。
[0010] 本发明一种基于water－MTLF方法对超疏水气膜层厚度的测量方法，也是water－MTLF方法软件模块的构建步骤有：
[0011] 步骤一，标定室温下的水挥发率；
[0012] 步骤11，调节液面高度、测量高度；
[0013] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0014] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0015] 步骤12，采集水液面高度；
[0016] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)，分别采集N+1次后得到的水液面高度记为
在本发明中，纯净水采集次数N+1最少为11
次。
[0017] 为镜头13初始时采集到的水液面高度。
[0018] 为镜头13在1min时采集到的第一个水液面高度。
[0019] 为镜头13在2min时采集到的第二个水液面高度。
[0020] 为镜头13在i个1min时采集到的第i个水液面高度。
[0021] 为镜头13在j个1min时采集到的第j个水液面高度。
[0022] 为镜头13在N‑1个1min时采集到的倒数第二个水液面高度。
[0023] 为镜头13在N个1min时采集到的最后一个水液面高度。
[0024] 步骤13，计算水的液位差；
[0025] 对步骤12中相邻两次的液面高度做差值，即
[0026] 第一个水液面高度差值为
[0027] 第二个水液面高度差值为
[0028] 任意一个水液面高度差值为
[0029] 最后一个水液面高度差值为
[0030] 步骤14，求取室温的水挥发率；
[0031] 选取步骤13中顺位排序的10个水液面高度差值求平均，得到每分钟的室温水挥发水
率VR ，且 为顺位排序的10个液面高度差值之和。
[0032] 步骤二，标定室温下的测量表面积；
[0033] 步骤21，调节液面高度、测量高度；
[0034] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0035] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0036] 步骤22，采集定量注水后的水液面高度；
[0037] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔2min记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)，共计注水5次进行测量；
[0038] 在初始时的液面高度，记为 在本发明中，初始时 是等于 的。
[0039] 经2min后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第一次加水后的液面高度，记为
[0040] 经4min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第二次加水后的液面高度，记为
[0041] 经6min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第三次加水后的液面高度，记为
[0042] 经8min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第四次加水后的液面高度，记为
[0043] 经10min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第五次加水后的液面高度，记为
[0044] 当前次注水次数记为A，则位于A的前一次注水记为A‑1，则位于A的后一次注水记为A+1。
[0045] 步骤23，计算注水的液位差；
[0046] 对步骤22中相邻两次的加水后液面高度做差值，即：
[0047] 第一个加水后液面高度差值为
[0048] 第二个加水后液面高度差值为
[0049] 第三个加水后液面高度差值为
[0050] 第四个加水后液面高度差值为
[0051] 第五个加水后液面高度差值为
[0052] 步骤24，分别计算每次注水后的表面积；
[0053] 第一加水后液面的表面积记为
[0054] 第二加水后液面的表面积记为
[0055] 第三加水后液面的表面积记为
[0056] 第四加水后液面的表面积记为
[0057] 第五加水后液面的表面积记为
[0058] 每一次加水后液面的表面积记为
[0059] 步骤25，求取容器的液面表面积；
[0060] 容器的液面表面积记为 为每一次加水后液面的表面积之和。例如
[0061] 步骤三，标定室温下的二甲基硅油挥发率；
[0062] 步骤31，调节液面高度、测量高度；
[0063] 在容器中加入二甲基硅油，使液面高度达到70mL；
[0064] 调节镜头13与二甲基硅油液面的距离是4.7mm；
[0065] 步骤32，采集二甲基硅油液面高度；
[0066] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次容器中二甲基硅油的液面高度(单位μm)，分别采集M+1次后得到的二甲基硅油液面高度记为
二甲基硅油采集次数M+1最少为11次；
[0067] 为镜头13初始时采集到的二甲基硅油液面高度。
[0068] 为镜头13在1min时采集到的第一个二甲基硅油液面高度。
[0069] 为镜头13在2min时采集到的第二个二甲基硅油液面高度。
[0070] 为镜头13在a个1min时采集到的第a个二甲基硅油液面高度。
[0071] 为镜头13在b个1min时采集到的第b个二甲基硅油液面高度。
[0072] 为镜头13在M‑1个1min时采集到的倒数第二个二甲基硅油液面高度。
[0073] 为镜头13在M个1min时采集到的最后一个二甲基硅油液面高度。
[0074] 在本发明中，为了方便说明，下角标a为采集的二甲基硅油液面高度标识号，也称为任意一次采集的二甲基硅油液面高度。 为与 不相同的一次采集的二甲基硅
油液面高度。每次采集数据与采集时间的关系如图4所示。
[0075] 步骤33，计算二甲基硅油的液位差；
[0076] 对步骤32中相邻两次的液面高度做差值，即
[0077] 第一个二甲基硅油液面高度差值为
[0078] 第二个二甲基硅油液面高度差值为
[0079] 任意一个二甲基硅油液面高度差值为
[0080] 最后一个二甲基硅油液面高度差值为
[0081] 步骤34，求取室温的二甲基硅油挥发率；
[0082] 选取步骤33中顺位排序的10个二甲基硅油液面高度差值求平均，得到每分钟的室油
温二甲基硅油挥发率VR ，且 为顺位排序的10个二甲基硅油液面高度
差值之和。
[0083] 步骤四，标定试样在纯净水中的相对液面高度；
[0084] 步骤41，调节液面高度、测量高度；
[0085] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0086] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0087] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0088] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。
[0089] 步骤42，采集加载试样的水液面高度；
[0090] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每间隔一定时间记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)。在本发明中，设置间隔时间是为了保证从容器中吊装离开的试样(或称浸渍过
纯净水的试样)，经间隔时间的自然干燥后为干燥试样；所述干燥试样是为了下一次的吊装
入纯净水中做准备。保证每一次吊装入纯净水的试样为干燥试样，有利于提高测量的精度。
间隔时间设置为3min～20min。
[0091] 步骤42A，采集未吊装入试样时的70mL纯净水的容器中的液面高度，记为即
[0092] 步骤42B，经3min后，将试样吊装入装有70mL纯净水的容器中，测得的液面高度，记为第一次吊装的液面高度
[0093] 步骤42C，将试样吊装离开溶液，经间隔时间后，若此时容器中的液位不足70mL，则加纯净水补至70mL处；
[0094] 步骤42D，经3min后，再将试样吊装入装有70mL纯净水的容器中测得的液面高度，记为第二次吊装的液面高度
[0095] 步骤42E，重复执行步骤42C和步骤42D，分别记录得到第三次吊装的液面高度第四次吊装的液面高度 直到第十次吊装的液面高度
[0096] 步骤43，计算吊装的水液位差；
[0097] 对步骤42中相邻两次的水液面高度做差值，即：
[0098] 第一次吊装的液面高度差值为
[0099] 第二个吊装的液面高度差值为
[0100] 第三个吊装的液面高度差值为
[0101] 第四个吊装的液面高度差值为
[0102] 第五个吊装的液面高度差值为
[0103] 第六次吊装的液面高度差值为
[0104] 第七个吊装的液面高度差值为
[0105] 第八个吊装的液面高度差值为
[0106] 第九个吊装的液面高度差值为
[0107] 第十个吊装的液面高度差值为
[0108] 步骤44，求取吊装的平均水液位差；
[0109] 在 本发明 中 ，室 温下 的 加载试 样的 平 均水 液位 差 且为吊装的液面高度差值之和。
[0110] 步骤五，标定试样在二甲基硅油中的相对液面高度；
[0111] 步骤51，调节液面高度、测量高度；
[0112] 在容器中加入二甲基硅油，使液面高度达到70mL；
[0113] 调节镜头13与二甲基硅油液面的距离是4.7mm；
[0114] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0115] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。
[0116] 步骤52，采集加载试样的二甲基硅油液面高度；
[0117] 在22℃～25℃温度下，用镜头13记录一次容器中二甲基硅油的液面高度(单位μm)。
[0118] 步骤52A，采集未吊装入试样时的70mL二甲基硅油的容器中的液面高度，记为即
[0119] 步骤52B，经3min后，将试样吊装入装有70mL二甲基硅油的容器中，测得的液面高度，记为加载试样的二甲基硅油液面高度
[0120] 步骤53，计算吊装的二甲基硅油液位差；
[0121] 吊装的液面高度差值为
[0122] 步骤六，标定超疏水气膜层的厚度；
[0123] 将室温下的加载试样的平均水液位差 与吊装的液面高度差值作为差。得到相对平均液位差
[0124] 超疏水气膜层的厚度为 S涂层为超疏水气膜层的表面积。
[0125] 所述S涂层比标定过程中选用试样尺寸长×宽略小。一般地，S涂层为长90mm，宽60mm。
[0126] 与现有技术相比，本发明提供了一种水下超疏水表面的大面积气膜层厚度测量装置及其测量方法，具备以下有益效果：
[0127] ①本发明所涉及的测量方法原理简单直接，相比于Micro－PIV方法测量、共聚焦显微测量等测量方法，不需要操作人员太高的专业水平，简单易上手，适于工程应用和科学
研究中快速推广。
[0128] ②本发明的定位测量皿大小、形状可调，并且测量目标可以是矩形超疏水板(被测对象)，也可以是附有超疏水表面的其他立体模型，样本测量范围大，测量结果比较有代表
性。
[0129] ③本发明针对水中超疏水表面的气膜层厚度测量提供了一种水下超疏水表面的大面积气膜层厚度测量装置及测量方法，可以准确快速的测量出大于尺寸100mm×100mm范
围超疏水表面在水中的整体气膜层厚度，操作简单，易于推广，也有利于技术人员在实际工
程项目中对相关装置超疏水性能等方面的快速评估。
[0130] ④本发明的目的在于解决现有技术对水中超疏水表面气膜层厚度测量的水平范围小、对操作人员专业水平要求高等不足，完善现有技术对水下超疏水表面的大面积气膜
层厚度测量方法的稀缺，从而提供一种水下超疏水表面的大面积气膜层厚度测量装置及其
测量方法。
附图说明
[0131] 图1是本发明适用于室温水环境下进行超疏水气膜层厚度测量装置的结构图。
[0132] 图1A是本发明适用于室温水环境下进行超疏水气膜层厚度测量装置的另一视角结构图。
[0133] 图1B是本发明适用于室温水环境下进行超疏水气膜层厚度测量装置的正视面结构图。
[0134] 图1C是被测对象的结构图。
[0135] 图2为本发明水下超疏水表面的大面积气膜层厚度测量方法的流程图。
[0136] 图3为液面高度标定时的液面三维粗糙度图。
[0137] 图3A为液面高度标定时的液面二维粗糙度图。
[0138] 图4为水的挥发率测量数据图。
[0139] 图5为1cst粘度的二甲基硅油的挥发率测量数据图。
[0140] 图6为矩形超疏水板放入前后液面高度差测量数据图。
[0141] 1、Y轴步进电机 2、Y轴丝杠 3、移动平台4、X轴丝杠 5、X轴步进电机 6、电机支撑平台
7A、外定位板 7B、内定位板 8、被测对象
8A、膜层 8B、基体 9、防浸润丝线
10、升降控制步进电机 11、光学3D表面轮廓仪 12、垂直升降装置
13、图像采集端 14、培养皿
具体实施方式
[0142] 在本发明中，水环境大面积气膜层厚度的测量方法，Method for measuring the thickness of large‑area gas film in water environment，简称为water－MTLF方法。
参见图1C所示，被测对象8由基体8A和超疏水膜层8B组成，所述的超疏水膜层8B为双层结
构，先在基体8A上喷涂一层环氧树脂E51，然后在环氧树脂E51上喷涂一层疏水纳米二氧化
硅(R974)。被测对象8在标定过程中称为试样。
[0143] 在本发明中，被测对象8中的膜层8B(超疏水层或超疏水膜层)与水接触时形成的气膜层简称为超疏水气膜层。
[0144] 应用本发明water－MTLF方法实现的是对超疏水气膜层的厚度的测量。所述water－MTLF方法存储于光学3D表面轮廓仪的处理器中。
[0145] 构建water－MTLF方法软件：
[0146] 在本发明标定过程中，带有刻度尺的玻璃容器中装有70mL的纯净水，玻璃容器的内部空腔尺寸为100mm×100mm(长×宽)的正方形容器。
[0147] 在本发明标定过程中，镜头13与玻璃容器中水液面的距离是4.7mm。
[0148] 在本发明标定过程中，试样尺寸长×宽×厚度为90mm×90mm×10mm。
[0149] 步骤一，标定室温下的水挥发率；
[0150] 步骤11，调节液面高度、测量高度；
[0151] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0152] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0153] 在本发明中，由于液面高度测量仪中的镜头13需要进行对焦，要保证拍摄图像能够清晰。
[0154] 步骤12，采集水液面高度；
[0155] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)，分别采集N+1次后得到的水液面高度记为
在本发明中，纯净水采集次数N+1最少为
11次。
[0156] 为镜头13初始时采集到的水液面高度。
[0157] 为镜头13在1min时采集到的第一个水液面高度。
[0158] 为镜头13在2min时采集到的第二个水液面高度。
[0159] 为镜头13在i个3min时采集到的第i个水液面高度。
[0160] 为镜头13在j个3min时采集到的第j个水液面高度。
[0161] 为镜头13在N‑1个1min时采集到的倒数第二个水液面高度。
[0162] 为镜头13在N个1min时采集到的最后一个水液面高度。
[0163] 在本发明中，为了方便说明，下角标i为采集的水液面高度标识号， 也称为任意一次采集的水液面高度。 为与 不相同的一次采集的水液面高度。每次采集数据
与采集时间的关系如图4所示。
[0164] 步骤13，计算水的液位差；
[0165] 对步骤12中相邻两次的液面高度做差值，即
[0166] 第一个水液面高度差值为
[0167] 第二个水液面高度差值为
[0168] 任意一个水液面高度差值为
[0169] 最后一个水液面高度差值为
[0170] 步骤14，求取室温的水挥发率；
[0171] 选取步骤13中顺位排序的10个水液面高度差值求平均，得到每分钟的室温水挥发水
率VR ，且 为顺位排序的10个液面高度差值之和。例如
[0172] 步骤二，标定室温下的测量表面积；
[0173] 步骤21，调节液面高度、测量高度；
[0174] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0175] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0176] 步骤22，采集定量注水后的水液面高度；
[0177] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔2min记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)，共计注水5次进行测量；
[0178] 在初始时的液面高度，记为 在本发明中，初始时 是等于 的。
[0179] 经2min后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第一次加水后的液面高度，记为
[0180] 经4min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第二次加水后的液面高度，记为
[0181] 经6min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第三次加水后的液面高度，记为
[0182] 经8min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第四次加水后的液面高度，记为
[0183] 经10min，后，使用移液枪向培养皿14中注入0.5mL的纯净水，记录下第五次加水后的液面高度，记为
[0184] 在本发明中，当前次注水次数记为A，则位于A的前一次注水记为A‑1，则位于A的后一次注水记为A+1。
[0185] 步骤23，计算注水的液位差；
[0186] 对步骤22中相邻两次的加水后液面高度做差值，即：
[0187] 第一个加水后液面高度差值为
[0188] 第二个加水后液面高度差值为
[0189] 第三个加水后液面高度差值为
[0190] 第四个加水后液面高度差值为
[0191] 第五个加水后液面高度差值为
[0192] 步骤24，分别计算每次注水后的表面积；
[0193] 第一加水后液面的表面积记为
[0194] 第二加水后液面的表面积记为
[0195] 第三加水后液面的表面积记为
[0196] 第四加水后液面的表面积记为
[0197] 第五加水后液面的表面积记为
[0198] 在本发明中，每一次加水后液面的表面积记为
[0199] 步骤25，求取容器的液面表面积；
[0200] 在本发明中，容器的液面表面积记为 为每一次加水后液面的表面积之和。例如
[0201] 在本发明中，采用逐滴测量法测量定位液面高度，原因是定位培养皿14内部空间为上下表面是不规则形状的结构，无法通过简易的长宽尺度测量和计算精确获得定位培养
皿中的液面表面面积(即定位培养皿内部空间的上表面面积)。
[0202] 步骤三，标定室温下的二甲基硅油挥发率；
[0203] 步骤31，调节液面高度、测量高度；
[0204] 在容器中加入二甲基硅油，使液面高度达到70mL；
[0205] 调节镜头13与二甲基硅油液面的距离是4.7mm；
[0206] 步骤32，采集二甲基硅油液面高度；
[0207] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次容器中二甲基硅油的液面高度(单位μm)，分别采集M+1次后得到的二甲基硅油液面高度记为
在本发明中，二甲基硅油采集次数M+1最少
为11次。
[0208] 为镜头13初始时采集到的二甲基硅油液面高度。
[0209] 为镜头13在1min时采集到的第一个二甲基硅油液面高度。
[0210] 为镜头13在2min时采集到的第二个二甲基硅油液面高度。
[0211] 为镜头13在a个3min时采集到的第a个二甲基硅油液面高度。
[0212] 为镜头13在b个3min时采集到的第b个二甲基硅油液面高度。
[0213] 为镜头13在M‑1个1min时采集到的倒数第二个二甲基硅油液面高度。
[0214] 为镜头13在M个1min时采集到的最后一个二甲基硅油液面高度。
[0215] 在本发明中，为了方便说明，下角标a为采集的二甲基硅油液面高度标识号，也称为任意一次采集的二甲基硅油液面高度。 为与 不相同的一次采集的二甲基硅
油液面高度。每次采集数据与采集时间的关系如图4所示。
[0216] 步骤33，计算二甲基硅油的液位差；
[0217] 对步骤32中相邻两次的液面高度做差值，即
[0218] 第一个二甲基硅油液面高度差值为
[0219] 第二个二甲基硅油液面高度差值为
[0220] 任意一个二甲基硅油液面高度差值为
[0221] 最后一个二甲基硅油液面高度差值为
[0222] 步骤34，求取室温的二甲基硅油挥发率；
[0223] 选取步骤33中顺位排序的10个二甲基硅油液面高度差值求平均，得到每分钟的室油
温二甲基硅油挥发率VR ，且 为顺位排序的10个二甲基硅油液面高度
差值之和。
[0224] 在本发明中，测试样品被放入纯净水后，超疏水膜层处于Cassie状态时，所述超疏水膜层与水接触是存在有空气介质的气膜层。而1cst粘度的二甲基硅油可以在接触测试样
品后，使样品的超疏水膜层快速进入Wenzel状态，排空二甲基硅油与测试样品之间的所有
空气。所以，使用1cst粘度的二甲基硅油和纯净水对比，可以更精准的测量出空气膜的厚
度。
[0225] 步骤四，标定试样在纯净水中的相对液面高度；
[0226] 步骤41，调节液面高度、测量高度；
[0227] 在容器中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0228] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0229] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0230] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。
[0231] 步骤42，采集加载试样的水液面高度；
[0232] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每间隔一定时间记录一次容器中纯净水的液面高度(单位μm)。在本发明中，设置间隔时间是为了保证从容器中吊装离开的试样(或称浸渍过
纯净水的试样)，经间隔时间的自然干燥后为干燥试样；所述干燥试样是为了下一次的吊装
入纯净水中做准备。保证每一次吊装入纯净水的试样为干燥试样，有利于提高测量的精度。
间隔时间设置为3min～20min。
[0233] 步骤42A，采集未吊装入试样时的70mL纯净水的容器中的液面高度，记为即
[0234] 步骤42B，经3min后，将试样吊装入装有70mL纯净水的容器中，测得的液面高度，记为第一次吊装的液面高度
[0235] 步骤42C，将试样吊装离开溶液，经间隔时间后，若此时容器中的液位不足70mL，则加纯净水补至70mL处；
[0236] 步骤42D，经3min后，再将试样吊装入装有70mL纯净水的容器中测得的液面高度，记为第二次吊装的液面高度
[0237] 步骤42E，重复执行步骤42C和步骤42D，分别记录得到第三次吊装的液面高度第四次吊装的液面高度 直到第十次吊装的液面高度
[0238] 步骤43，计算吊装的水液位差；
[0239] 对步骤42中相邻两次的水液面高度做差值，即：
[0240] 第一次吊装的液面高度差值为
[0241] 第二个吊装的液面高度差值为
[0242] 第三个吊装的液面高度差值为
[0243] 第四个吊装的液面高度差值为
[0244] 第五个吊装的液面高度差值为
[0245] 第六次吊装的液面高度差值为
[0246] 第七个吊装的液面高度差值为
[0247] 第八个吊装的液面高度差值为
[0248] 第九个吊装的液面高度差值为
[0249] 第十个吊装的液面高度差值为
[0250] 步骤44，求取吊装的平均水液位差；
[0251] 在本 发明 中 ，室 温下的 加 载试 样的 平均 水液 位差 且为吊装的液面高度差值之和。例如
[0252] 步骤五，标定试样在二甲基硅油中的相对液面高度；
[0253] 步骤51，调节液面高度、测量高度；
[0254] 在容器中加入二甲基硅油，使液面高度达到70mL；
[0255] 调节镜头13与二甲基硅油液面的距离是4.7mm；
[0256] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0257] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。
[0258] 步骤52，采集加载试样的二甲基硅油液面高度；
[0259] 在22℃～25℃温度下，用镜头13记录一次容器中二甲基硅油的液面高度(单位μm)。
[0260] 步骤52A，采集未吊装入试样时的70mL二甲基硅油的容器中的液面高度，记为即
[0261] 步骤52B，经3min后，将试样吊装入装有70mL二甲基硅油的容器中，测得的液面高度，记为加载试样的二甲基硅油液面高度
[0262] 步骤53，计算吊装的二甲基硅油液位差；
[0263] 吊装的液面高度差值为
[0264] 步骤六，标定超疏水气膜层的厚度；
[0265] 在本发明中，将室温下的加载试样的平均水液位差 与吊装的液面高度差值作为差。得到相对平均液位差
[0266] 在本发明中，超疏水气膜层的厚度为 S涂层为超疏水气膜层的表面积。
[0267] 在本发明中，所述S涂层比标定过程中选用试样尺寸长×宽略小。一般地，S涂层为长90mm，宽60mm。
[0268] 测量装置结构：
[0269] 参照图1、图1A、图1B，一种适用于室温水环境下进行超疏水气膜层厚度测量的装置，该装置包括有定位测量皿、防浸润丝线9、升降控制步进电机10、电机支撑平台6、水平移
动平台和液面高度测量仪。
[0270] 升降控制步进电机10安装在电机支撑平台6的X轴支臂6B的一端，X轴支臂6B的另一端活动安装在Z轴立柱6A上。电机支撑平台6与移动平台3保持在同一水平面上。升降控制
步进电机10的输出轴上连接有防浸润丝线9的一端，防浸润丝线9的另一端固定在被测对象
8上。在升降控制步进电机10的驱动下，防浸润丝线9匀速向上，进而带动被测对象8的一端
向上，实现被测对象8在培养皿14中的位置调节。X轴支臂6B的另一端能够在Z轴立柱6A上滑
动，实现升降控制步进电机10的上下位置移动。
[0271] 定位测量皿包括有培养皿14和两块定位板(7A、7B)，外定位板7A与内定位板7B平行放置安装在培养皿14中，且外定位板7A与内定位板7B沿X轴方向布局。培养皿14活动安装
在移动平台3上。培养皿14中放置水，在测试时形成室温水环境。
[0272] 水平移动平台包括有X轴步进电机5、X轴丝杠4、Y轴步进电机1、Y轴丝杠2和移动平台3。移动平台3固定在X轴丝杠4的连接块和Y轴丝杠2的连接块上。X轴步进电机5的输出轴
与X轴丝杠4的一端连接，通过X轴步进电机5带动X轴丝杠4转动，X轴丝杠4转动带动X轴丝杠
4上的连接块实现沿X轴方向移动，进而实现移动平台3的沿X轴方向移动。Y轴步进电机1的
输出轴与Y轴丝杠2的一端连接，通过Y轴步进电机1带动Y轴丝杠2转动，Y轴丝杠2转动带动Y
轴丝杠2上的连接块实现沿Y轴方向移动，进而实现移动平台3的沿Y轴方向移动。
[0273] 液面高度测量仪包括光学3D表面轮廓仪11以及安装在所述光学3D表面轮廓仪11的处理器中的water－MTLF方法软件模块。镜头13和垂直升降装置12属于光学3D表面轮廓
仪11中的部件，垂直升降装置12用于调节镜头13与液面的高度。
[0274] 实施例1
[0275] 应用如图1所示的本发明的测量装置进行被测对象8的安装。
[0276] 被测对象8由201不锈钢板(基体8A)和超疏水膜层8B组成，所述的超疏水膜层8B为双层结构，先在201不锈钢板(基体8A)上喷涂一层环氧树脂E51，然后在环氧树脂E51上喷涂
一层疏水纳米二氧化硅(R974)。
[0277] 矩形超疏水板8为90mm×90mm×1mm。
[0278] 升降控制步进电机10的输出端上连接有防浸润丝线9的一端，防浸润丝线9的另一端固定在被测对象8上。在升降控制步进电机10的驱动下，防浸润丝线9匀速向上，进而带动
被测对象8的一端向上，实现被测对象8在培养皿14中的位置调节。
[0279] 培养皿14内液体所覆盖矩形超疏水板8面积为无气泡存在的表面，所述培养皿14为100mm×100mm且圆角半径为10mm的方形塑料培养皿。所述定位测量皿固定在镜头13下方
的移动平台3上，所述定位测量皿中的前后定位板垂直固定于培养皿14的底面，并且两块定
位板的间距比矩形超疏水板8前后表面间距大1mm，所述定位测量皿中液体高度在放入矩形
超疏水板8前位于培养皿14高度的60％，所述定位测量皿未放入矩形超疏水板8前的液面距
离镜头4.7mm，所述液面高度测量仪的Z向测量精度为10nm，液面高度扫描范围10mm，所述液
面高度测量仪的Z向行程为100mm，所述镜头为倍率20X的物镜，所述升降控制步进电机10的
输出轴竖直投影位于矩形超疏水板8左侧面的中间位置，所述升降控制步进电机10的升降
转速均为0.05mm/s。
[0280] 采用本发明的water－MTLF方法进行超疏水气膜层厚度的测量步骤为：
[0281] 操作步骤A，采集室温下的水挥发率；
[0282] 步骤A1，调节液面高度、测量高度；
[0283] 在培养皿14中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0284] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0285] 步骤A2，采集水液面高度；
[0286] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次培养皿14中纯净水的液面高度(单位μm)，采集次数为11次，分别记录下每一次测量得到的水液面高度。实施例1每次采集
数据与采集时间的数据如图4所示。液面高度测量仪处理后输出每分钟的室温水挥发率VR
水
。
[0287] 操作步骤B，采集室温下的测量表面积；
[0288] 步骤B1，调节液面高度、测量高度；
[0289] 在培养皿14中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0290] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0291] 步骤B2，采集定量注水后的水液面高度；
[0292] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔2min记录一次培养皿14中纯净水的液面高度(单位μm)，共计注水5次进行测量；测量得到加水后的液面高度经液面高度测量仪处理后输
出培养皿14的液面表面积记为
[0293] 操作步骤C，采集室温下的二甲基硅油挥发率；
[0294] 步骤C1，调节液面高度、测量高度；
[0295] 在培养皿14中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0296] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0297] 步骤C2，采集二甲基硅油液面高度；
[0298] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每隔1min记录一次培养皿14中二甲基硅油的液面高度(单位μm)，采集次数为11次，分别记录下测量得到的二甲基硅油液面高度。实施例1每
次采集数据与采集时间的关系如图5所示。经液面高度测量仪处理后输出每分钟的室温二
油
甲基硅油挥发率VR 。
[0299] 操作步骤D，采集试样在纯净水中的相对液面高度；
[0300] 步骤D1，调节液面高度、测量高度；
[0301] 在培养皿14中加入纯净水，使液面高度达到70mL；
[0302] 调节镜头13与水液面的距离是4.7mm；
[0303] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0304] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。升降
控制步进电机10的升降转速均为0.05mm/s。
[0305] 步骤D2，采集加载试样的水液面高度；
[0306] 在22℃～25℃温度下，用镜头13每间隔一定时间记录一次培养皿14中纯净水的液面高度(单位μm)。
[0307] 步骤D2A，采集未吊装入试样时的70mL纯净水的培养皿14中的液面高度，记为即
[0308] 步骤D2B，经3min后，将试样吊装入装有70mL纯净水的培养皿14中，测得的液面高度，记为第一次吊装的液面高度
[0309] 步骤D2C，将试样吊装离开溶液，经间隔时间后，若此时培养皿14中的液位不足70mL，则加纯净水补至70mL处；
[0310] 步骤D2D，经3min后，再将试样吊装入装有70mL纯净水的培养皿14中测得的液面高度，记为第二次吊装的液面高度
[0311] 步骤D2E，重复执行步骤D2C和步骤D2D，分别记录得到第三次吊装的液面高度第四次吊装的液面高度 第五次吊装的液面高度 第六次
吊装的液面高度 第七次吊装的液面高度 直到第八次吊装的液面高度
实施例1每次采集数据与测量次数的关系如图6所示。经液面高度测量仪处理后
输出室温下的加载试样的平均水液位差
[0312] 操作步骤E，采集试样在二甲基硅油中的相对液面高度；
[0313] 步骤E1，调节液面高度、测量高度；
[0314] 在培养皿14中加入二甲基硅油，使液面高度达到70mL；
[0315] 调节镜头13与二甲基硅油液面的距离是4.7mm；
[0316] 剪裁试样尺寸90mm×90mm×10mm；
[0317] 试样的一端固定在防浸润丝线9的另一端上，防浸润丝线9的一端连接在升降控制步进电机10的输出轴上，经升降控制步进电机10和防浸润丝线9实现将试样进行吊装。升降
控制步进电机10的升降转速均为0.05mm/s。
[0318] 步骤E2，采集加载试样的二甲基硅油液面高度；
[0319] 在22℃～25℃温度下，用镜头13记录一次培养皿14中二甲基硅油的液面高度(单位μm)。
[0320] 步骤52A，采集未吊装入试样时的70mL二甲基硅油的培养皿14中的液面高度，记为即
[0321] 步骤E2B，经3min后，将试样吊装入装有70mL二甲基硅油的培养皿14中，测得的液面高度，记为加载试样的二甲基硅油液面高度 经液面高度测量仪处理后输出室
温下的吊装的液面高度差值为
[0322] 输出相对平均液位差
[0323] 输出超疏水气膜层的厚度为 S涂层为长90mm，宽60mm。
