摘要

本研究采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀系統(tǒng)測(cè)定了甲基九氟丁醚（HFE7100）在279.15～321.15 K溫度范圍內(nèi)的液相密度和表面張力數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)共獲得22組密度數(shù)據(jù)和22組表面張力數(shù)據(jù)，通過(guò)多項(xiàng)式擬合建立了密度與溫度的經(jīng)驗(yàn)方程（平均相對(duì)偏差-0.008 09%），并采用Zuo-Stenby（Z-S）對(duì)比態(tài)關(guān)聯(lián)式對(duì)表面張力進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)（最大偏差-1.899%）。結(jié)果表明：Delta-8系統(tǒng)的高通量特性（3 min/96孔板）顯著提升了實(shí)驗(yàn)效率，其50 μL/孔的微量樣品需求降低了實(shí)驗(yàn)成本；HFE7100的密度隨溫度升高呈非線性下降趨勢(shì)，表面張力則以（1-T/T_c）^1.87的冪律函數(shù)遞減。本研究為HFE7100在綠色清洗劑、低溫制冷劑等領(lǐng)域的工程應(yīng)用提供了關(guān)鍵物性數(shù)據(jù)支持。

1引言

甲基九氟丁醚（HFE7100，C?F?OCH?）因其環(huán)境友好特性（ODP=0，GWP=410，大氣壽命5 a）及優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)（低表面張力、不可燃性、高沸點(diǎn)），已成為替代傳統(tǒng)含氟溶劑（如CFC-113、HCFC-141b）的首選材料。在電子清洗、精密制造和低溫傳熱領(lǐng)域，HFE7100的液相密度與表面張力特性直接影響其擴(kuò)散效率、界面潤(rùn)濕能力及熱傳導(dǎo)性能。然而，現(xiàn)有研究多基于傳統(tǒng)毛細(xì)管法（測(cè)量速度慢、樣品消耗大），難以滿足高通量篩選需求。本研究創(chuàng)新性引入Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化96孔板平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速、微量、精準(zhǔn)的物性表征。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1 材料與設(shè)備

樣品：HFE7100（純度99.5%，3M公司）

儀器：Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀（芬蘭Kibron公司），技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1

表1 Delta-8表面張力儀技術(shù)參數(shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

1. 樣品制備：將HFE7100分裝至耐化學(xué)腐蝕聚丙烯96孔板中，每孔50 μL

2. 溫度控制：恒溫槽（±0.01 K波動(dòng)度）預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度（279.15～321.15 K）

3. 表面張力測(cè)量：

啟動(dòng)Delta-8系統(tǒng)，探針自動(dòng)清洗后浸入樣品

通過(guò)最大拉力法記錄液體表面張力值

自動(dòng)軟件同步計(jì)算臨界膠束濃度（CMC）和表觀pKa

4. 密度測(cè)量：采用DMA 5000M密度計(jì)（0～3 g/cm3，5×10??精度）校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3結(jié)果與討論

3.1 液相密度溫度依賴性

實(shí)驗(yàn)測(cè)得HFE7100在279.15～321.15 K范圍內(nèi)的密度數(shù)據(jù)如表2所示。擬合方程為：

ρ=2423.74658?4.99372T+0.01128T²  ?1.61×10 ^?5T3

實(shí)驗(yàn)值與擬合值的平均相對(duì)偏差為-0.008 09%，最大偏差-0.009 86%，表明方程具有高可靠性。

3.2 表面張力溫度依賴性

Delta-8系統(tǒng)測(cè)得HFE7100表面張力數(shù)據(jù)如表3所示。采用Z-S關(guān)聯(lián)式（式3）進(jìn)行理論預(yù)測(cè)：

其中σ^(1)和σ^(2)分別為甲烷和辛烷的表面張力經(jīng)驗(yàn)公式：

實(shí)驗(yàn)值與Z-S預(yù)測(cè)值的最大偏差為-1.899%，顯著優(yōu)于其他理論模型（如Macleod-Sugden、Brook-Bird等）。

3.3 物性關(guān)聯(lián)分析

圖1展示了HFE7100密度與表面張力隨溫度變化的曲線。密度呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢(shì)，而表面張力在295 K前快速降低，隨后趨于平緩。這種差異源于：

1. 分子間作用力：隨著溫度升高，范德華力減弱導(dǎo)致密度下降，但表面活性劑分子的有序排列被破壞，表面張力下降速率加快。

2. 氣液界面行為：在接近臨界溫度（468.5 K）時(shí)，界面張力趨近于零，實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間（<468.5 K）仍存在顯著界面效應(yīng)。

圖1 HFE7100密度與表面張力溫度依賴性曲線

結(jié)論

1. Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀實(shí)現(xiàn)了HFE7100物性數(shù)據(jù)的快速獲取（3 min/96孔板），其50 μL/孔的微量需求顯著降低實(shí)驗(yàn)成本。

2. 實(shí)驗(yàn)建立的密度-溫度方程（R2>0.9999）和Z-S表面張力關(guān)聯(lián)式可為工程設(shè)計(jì)提供可靠預(yù)測(cè)工具。

3. HFE7100的低表面張力（<2 mN/m）和可控密度特性使其在精密清洗、綠色制冷等領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。