Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Подход «снизу-вверх», т.е. получение нанометровых изделий или материалов методами сборки на атомарном уровне 6 страница




В литературе имеются указания на наиболее вероятные об­ласти использования электрохимических диодов, в частности, выпрямление переменных электрических сигналов низких и инфранизких частот малого уровня; стабилизация малых постоян­ных токов и дифференцирование электрических сигналов. Также указывается на возможность использования электрохимических диодов для детектирования, умножения, пре­образования частоты и ограничения. Для получения различных законов изменения вольт-амперной характеристики электрохи­мических диодов в рабочей области предлагается изменять от­ношение начальных концентраций окислителя и восстановителя. Это позволяет смещать рабочую точку диода в области с различ­ной крутизной характеристики без наложения напряжения сме­щения.

Электрохимические интеграторы.

 
 

Электрохимический интегратор является частным случаем интегрирующего устройства, предназначенного для определения интеграла вида

т. е. для интегрирования по времени t, где х и у — соответствен­но выходная и входная переменные.

Входная переменная пода­ется в форме электрического тока или напряжения, выходная же может быть как электрической, так и неэлектрической величиной (ток, напряжение, сопротивление, вес и размер электрода, цвет раствора и т. д.). Действие всех электрохимических интеграторов основано на законах Фарадея. Электрохимические интеграторы могут классифицироваться по различным признакам: назначе­нию, принципу действия и типу электрохимической системы, ис­пользуемой в интеграторе, виду выходной величины интегратора и способу ее отсчета, конструктивным признакам и т. д.

По принципу действия электрохимические интеграторы можно разбить на два класса. К первому классу относятся так называемые концентрацион­ные интеграторы. В результате прохождения тока в разных час­тях этого интегратора происходят изменения концентрации рас­твора. Электроды таких интеграторов обычно выполняются из инертного материала и в процессе прохождения тока никаким изменениям не подвергаются; в качестве электролитов в них в боль­шинстве случаев используются окислительно-восстановительные системы.

Второй класс объединяет интеграторы, в которых в результате прохождения тока происходят изменения состояния электродов или перенос вещества с одного электрода на другой без изменения состава электролита. Такие интеграторы называют твердофазными.

Электрохимические датчики. Принцип действия и устройство состоит в следующем. Сопротивление электрохимической ячейки проходящему через нее току зависит от скорости подачи реагирующих частиц (ионов) к электроду. Это положено в основу действия отдельного класса электрохимических преобразователей-датчиков, т. е. преобра­зователей неэлектрических воздействий, в первую очередь меха­нических, в электрический сигнал.

В указанных датчиках протекают такие же электрохимические процессы, что и в электрохимическом диоде, т. е. на катоде, поверхность которого, как правило, во много раз меньше поверхности анода, идет процесс восстановления содержащихся в растворе окисленных форм ионов, а на аноде — окисление их восстановленных форм. Например,

J3- + - ® 3J- (на катоде),

3J--2e-®J3 (на аноде).

Конструктивно датчики оформлены так, что внешнее механи­ческое воздействие приводит к гидродинамическому движению раствора электролита в пространстве около малого электрода. Поскольку основное сопротивление прохождению тока опре­деляется процессами, идущими вблизи малого электрода, гидро­динамическое движение (конвективный перенос) раствора ста­новится основным фактором, влияющим на подвод вещества, взятого в малой концентрации, к этому электроду, т. е. основным фактором, влияющим на величину тока в электрической цепи датчика.

Разнообразные представители датчиков этого типа отлича­ются по конструкции и назначению. Общей особенностью их конструкции является, с одной стороны, обеспечение преобра­зования того или иного неэлектрического (механического) воз­действия в гидродинамическое движение раствора у поверхно­сти малого электрода, а с другой стороны, — преобразование гидродинамического воздействия в выходной электрический сиг­нал. Параметры электрохимического датчика в основном определяются эффективностью преобразования скорости гидродинамического потока в элект­рический сигнал.

Поэтому в первую очередь рассмотрим зависимости между скоростью движения раствора электролита у электрода и величиной электрического тока в цепи датчика. Полый цилиндрический корпус, изго­товленный из химически стойкой пластмас­сы, разделен перегородкой из того же ма­териала на две камеры приблизительно рав­ного объема. В каждую из камер помещены электроды из платиновой сетки, а к наруж­ным торцовым сторонам этих камер прик­реплены упругие мембраны также из хими­чески стойкого полимерного материала. В центральной перего­родке имеется небольшое отверстие, в котором помещен электрод с площадью поверхности, значительно меньшей, чем у двух дру­гих электродов. Этот электрод может быть выполнен в виде коль­ца из платиновой проволоки, круга из платиновой сетки или цилиндра из пористой платины.

Электрохимический датчик заполняется раствором, содержа­щим ионы окисленной и восстановленной формы, например, ионы трийодида J3- и йодида J-, причем, как правило, концентрация вос­становленной формы превышает концентрацию окисленной. Электрохимический датчик включается в электрическую цепь так, что малый электрод становится катодом, а большие боковые электроды — анодами. На электроды датчика подается напряжение порядка 0,8—0,9 в, при котором ток в цепи пре­образователя достигает своего предельного значения.

Существенными недостатками электрохимических датчиков являются ограниченность частотного диапазона их работы обла­стью инфранизких частот, сравнительно высокий температур­ный коэффициент чувствительности, ограниченность темпера­турного интервала, в котором они сохраняют работоспособ­ность, и др.

Представляет интерес также возможность применения дат­чиков давления в качестве «детекторов прикосновения»», например, в качестве особо чувствительных микровыключателей в точном машиностроении, для подсчета легких предметов, движущихся на ленте конвейера, а также для подачи сигнала о необходимо­сти начала следующей операции. Цепь из подобных датчиков, окружающая опасную зону, может служить для сигнализации о приближении человека к этой зоне. Высокая химическая стой­кость материала корпуса и мембран электрохимических датчиков допускает возможность их использования для подсчета капель химически агрессивных или радиоактивных жидкостей. Акусти­ческий фильтр с узкой полосой пропускания можно применять как прибор, следящий за частотой пульса или сердцебиения, который отзывается резким уменьшением уровня выходного сиг­нала при малейшем нарушении ритма, и т. д.

Электрокинетические и комбинированные преобразователи

Электрокинетические датчики. Конструктивно электрокинетические датчики напоминают электрохимические. Как в тех, так и в других конструкция дат­чика должна обеспечивать, с одной стороны, преобразование измеряемого неэлектрического воздействия в поток жидкости или электролита через пористое тело или капиллярное отвер­стие, с другой стороны — преобразование скорости потока жид­кости в электрический сигнал.

Схема простейшего электрокинетического датчика мембран­ного типа представлена на рис.3. К торцовым сторонам ка­меры, заполненной полярной жидкостью и разделенной на два отделения, прикреплены упругие мембраны. При отсутствии внешнего механического воздействия разность потенциалов между измерительными электродами, помещенными с двух сторон диафрагмы, равна нулю. При подаче механического сигнала на упругие мембраны, например, при возникновении разности дав­лений, воспринимаемой мембранами, жидкость перетекает через пористую диафрагму. При этом между электродами возникает разность потенциалов, которая может быть измерена прибором, включенным во внешнюю цепь.

 

Рис.3 -Электрокинетический датчик

 

1— корпус;

2 — упругие мембраны;

3 — пористая перегородка

 

Разность потенциалов, возникающая между электродами электрокинетического датчика, не зависит от геометрических размеров пор (при условии, что толщина диффузной части двойно­го электрического слоя меньше радиуса капилляра) и их числа. Однако при практическом применении электрокинетических дат­чиков имеет значение не столько величина э.д.с., развиваемая датчиком, сколько мощность выходного сигнала, которая опре­деляется величиной напряжения, снимаемого с датчика при дан­ном соотношении между величинами внутреннего сопротивления датчика и сопротивления измерительной цепи. Внутреннее сопротивление датчика зависит от электропро­водности жидкости, геометрических размеров перегородки, раз­мера и числа капилляров. Величина внутреннего сопротивления определяется путем измерения сопротивления данной перего­родки, заполненной жидкостью. Например, для керамического диска диаметром 20 мм и толщиной 3 мм при радиусе пор 5—7 мк и эффективной пористости 12% в случае ацетона она составляет несколько сот килоом.

Комбинированные преобразователи. Разнообразие свойств и характеристик электрохимических преобразователен открывает большие возможности для созда­ния приборов с более сложными функциями путем комбинации ранее описанных простых приборов.

Рис. 6. Схема электрохими­ческого

усилителя

Электрохимическое дифференцирующее устройство. Повы­шая жесткость мембран в описанном выше электрохимическом усилителе, можно получить на выхо­де этого прибора ток, пропорцио­нальный производной входного сигнала по времени в определенном частотном диапазоне. Причем можно выделять положительное или отрицательное значение произ­водной входного сигнала, включая один из боковых электродов ли­нейного электрохимического пре­образователя параллельно като­дам и, следовательно, делая его нечувствительным к протеканию раствора электролита в том или другом направлении.

Газовые интеграторы. Электролитические газовые интеграторы (кулометры) давно применяются в различных химических исследованиях. Эти интеграторы, как и счетчики машинного времени, также работают на основе законов Фарадея: объем газа, выделенного или израсходованного на электродах, пропорциона­лен количеству электричества, прошедшего через прибор. Показания с этих приборов можно снимать визуально, например, по изменению положения мениска столба жидкости. Однако техническое применение таких приборов за­труднялось из-за сложности их эксплуатации, испарения и за­грязнения электролита и т. п. Поэтому широкое применение нашли только электролитичес­кие интеграторы с герметичными измерительными механизмами на основе водородного кулометра.

Газовые интеграторы в ос­новном используются как счет­чики ампер-часов постоянного тока. Водородный интегратор (рис.9) представляет собой герме­тичную стеклянную ячейку, состоящую из электродной камеры и измерительной трубки. В электродной камере размещены два платиновых сетчатых электрода, между которыми находится по­ристый стеклянный диск, пропитанный раствором серной кислоты. Электродная камера замкнута измерительной трубкой, заполнен­ной водородом. В измерительную трубку вводится ртутный стол­бик (или столбик электролита), который служит указателем. Ко­личество электричества, прошедшее через счетчик, определяется по положению указателя в измерительной трубке относительно шкалы. При прохождении тока через интегратор на катоде выделя­ется водород, а на аноде водород поглощается. При этом общее количество электролита и водорода в приборе остается неизмен­ным. Разность давлений водорода в электродной камере вызывает перемещение указателя в измерительной трубке. При изменении полярности протекающего через интегратор тока указатель пере­мещается в противоположном направлении. Поэтому наиболее часто объемные интеграторы применяют для контроля заряда и разряда аккумуляторных батарей.

 

Основной специфической особенностью электрохимических преобразователей является инерционность, что ограничивает их применение областью низких и инфранизких частот. Однако в этой области применения электрохимические преобразователи могут успешно конкурировать с приборами, в основу действия которых положены другие физические явления. Низкие рабочие напряжения (менее 0,9 в) и малые величины потребляемых токов (единицы микроампер) свидетельствуют о высокой экономичности,, в первую очередь, электрохимических датчиков механических величин, у которых это свойство сочетается с высокой чувстви­тельностью. Для различных электрохимических нелинейных пре­образователей электрических сигналов также характерна высо­кая чувствительность. Малый уровень собственных шумов этих преобразователей позволяет значительно снизить порог чувст­вительности.

Возможность создания различных функциональных узлов в одном элементе и простота электрической схемы позволяют реа­лизовать преобразователи малого веса и габаритов, а также ис­пользовать для фиксирования выходного сигнала несложные изме­рительные и индикаторные средства.

Простота устройства, отсутствие дорогостоящих материалов и сравнительно невысокие требования к их чистоте позволяют рассчитывать на малую стоимость электрохимических преобра­зователей при массовом изготовлении. Кроме того, при использовании вместо растворов рас­плавов солей возможно создание приборов, пригодных для работы при высокой температуре окружающей среды (до 1000° С).

Как и всякие другие приборы, электрохимические преобра­зователи имеют свои специфические недостатки. Это прежде всего инерционность, связанная с малой подвижностью ионов в растворах; большая температурная зависимость характеристик, достигающая 2,5%/°С. Наличие жидкости у большинства пре­образователей предъявляет дополнительные требования к кон­струкции и технологии изготовления. Два последних недостатка в принципе можно устранить различными способами. Например, применение термостатирования или различных схем термокомпен­сации позволяет использовать электрохимические преобразова­тели в достаточно широком интервале температур. Загущение электролита, применение различных электролитоносителей и твердых электролитов в той или иной степени устраняет техно­логические трудности, связанные с наличием жидкости в преоб­разователях. В частности, эти трудности могут быть преодолены € тем же успехом, как и при производстве «сухих» гальванических элементов и батарей. Однако расширение частотного диапазона работоспособности электрохимических преобразователей в сто­рону высоких частот встречает принципиальные затруднения, обусловленные характером процессов, протекающих в преобразова­телях. Например, низкий частотный диапазон электрохимических датчиков, связанный с медленностью процессов подачи реагирую­щих ионов к электроду, не может быть поднят выше величин порядка нескольких сотен герц. Погрешность электрохимических интеграторов становится ощутимой при интегрировании высоко­частотных электрических сигналов из-за наличия емкости элек­трического двойного слоя на границе электрод — раствор (' 20 мф/см2), шунтирующей «сопротивление» электрохимической реакции, т. е. то «сопротивление», прохождение тока через кото­рое вызывает изменения в составе раствора или электродов, фиксируемые в виде изменений выходного сигнала.

Электрохимические преобразователи информации. Сенсоры

Электрохимические преобразователи информации (хемотроны), приборы и устройства автоматики, измерительной и вычислительной техники, действие которых основано на электрохимических процессах и явлениях.

Хемотроника как новое научно-техническое направление возникло на стыке электрохимии и электроники. Это наука о построении разнообразных электрохимических приборов на основе явлений, связанных с прохождением тока в жидких телах с ионной проводимостью.

Принцип работы электрохимического управляемого сопротивления (этот прибор иногда называют мимистором) (рисунок 10) основан на изменении сопротивления проводника в результате катодного осаждения на него металла или анодного растворения. Мимистор, работающий с использованием медного электролита, состоит из стеклянного корпуса 4, заполненного электролитом 1 (обычно CuSO4 + H2SO4 + этанол). На одной из стенок герметично закрытой ванны нанесена электропроводящая подложка 6, имеющая выводы 7 и 5, расположенные вне гальванической ванны. Электролит омывает электрод 2 с выводом 3. Входные сигналы подаются на электропроводящую подложку 6 и электрод 2. В зависимости от полярности входных сигналов на подложке 6 медь будет или гальванически осаждаться, или анодно растворяться. Тем самым будет изменяться электрическое сопротивление медной пленки, находящейся на подложке 6. Воспроизведение величины изменяющегося сопротивления обычно производят с помощью мостовых измерительных схем. Приборы подобного типа имеют диапазон изменения сопротивления 0...1000 Ом, диапазон токов управления 0,05...1 мА, потребляемую мощность управления 10-3...10-6 Вт, объем 0,2...0,4 см3, массу - несколько граммов. Они могут работать при температурах - 15...+ 100 °С, устойчивы к ударным нагрузкам и вибрации. Все эти качества мимисторов делают их весьма перспективными приборами для использования в автоматике, вычислительной и измерительной технике. Они находят применение для создания реле времени, счетчиков импульсов, интегрирующих устройств, самонастраивающихся систем автоматики и т. п.

Рис. 10 – Схема мимистора

 

Классификации датчиков

При классификации датчиков часто рассматривают принцип их действия, который может быть обусловлен физическими или химическими явлениями и свойствами. На рисунке 11 приведена обобщенная функциональная схема измерения с помощью химического датчика.

Рисунок 11 - Функциональная схема измерения с помощью химического сенсора: 0 – исследуемая среда, 1 – химически чувствительный слой; 2 – преобразователь аналитического сигнала; 3 – электронный блок обработки и аналого-цифрового преобразования сигнала; 4 – компьютер.

Химические сенсоры. Химические сенсоры представляют собой датчики, в которых два типа преобразователей – химический и физический – находятся в тесном контакте между собой. Химический преобразователь состоит из слоя чувствительного материала, который формирует селективный отклик на определяемый компонент: он способен отражать присутствие определяемого компонента и изменение его содержания. Физический преобразователь – трансдьюсер – преобразует энергию, которая возникает в ходе реакции селективного слоя с определяемым компонентом, в электрический или световой сигнал. Этот сигнал затем измеряется с помощью светочувствительного и/или электронного устройства.

Химические сенсоры могут работать на принципах химических реакций и на физических принципах. В первом случае аналитический сигнал обусловлен химическим взаимодействием определяемого компонента с чувствительным слоем, который выполняет функцию преобразователя. Во втором случае измеряется физический параметр (коэффициент поглощения или отражения света, масса, проводимость и др.). На основе химических сенсоров разрабатываются сенсорные анализаторы, которые представляют собой приборы для определения какого-либо вещества в заданном диапазоне его концентраций. Заметим, что к химическим сенсорам относятся также биосенсоры.

Электрохимические сенсоры. В электрохимическом сенсоре определяемый компонент реагирует с чувствительным слоем непосредственно на электроде или в объеме слоя раствора около электрода. Среди электрохимических сенсоров выделяют следующие:

– потенциометрические,

– амперометрические,

– кондуктометрические,

– кулонометрические.

Потенциометрические сенсоры основаны на ионоселективных электродах, которые дают селективный отклик на присутствие определяемых ионов или молекул веществ в растворах. Аналитическим сигналом в них является потенциал, который образуется на поверхности твердого материала, помещенного в раствор, содержащий ионы, которые могут обмениваться с поверхностью. Величина потенциала связана с количеством ионов в растворе. Измерить поверхностный потенциал непосредственно невозможно, однако его можно измерить, используя соответствующую электрохимическую ячейку. В этом и заключается суть потенциометрического метода.

Существуют различные виды ионоселективных электродов. Их классификация основана на различии селективных химических реакций, приводящих к образованию межфазного потенциала. Специфическое распознавание потенциометрическим химическим сенсором достигается благодаря химической реакции на поверхности сенсора. Таким образом, поверхность электрода должна содержать реагент, который химически и обратимо взаимодействует с аналитом. Это достигается благодаря использованию ионоселективных мембран, которые представляют собой поверхность сенсора. В потенциометрических сенсорах используются четыре типа мембран:

– Стеклянные мембраны. Такие мембраны селективны по отношению к таким ионам, как Н+, Na+ и NH4.

– Мембраны из плохо растворимых неорганических солей. К мембранам этого типа относятся монокристаллические органической соли, например LaF3, или диски из спрессованного порошка неорганической соли или смеси солей, например, Ag2S/AgCl. Эти мембраны селективны по тношению к таким ионам, как F-, S2- и Сl-.

– Полимерные мембраны с иммобилизованным ионофором. В этих мембранах ионоселективные комплексообразующие соединения или ионообменники иммобилизованы в полимерной матрице, например, в поливинилхлоридной.

– Мембраны с иммобилизованными в геле или химически связанными с гелем ферментами. В мембранах этого типа используются высокоспецифичные реакции, катализируемые ферментами. Фермент содержится внутри матрицы или химически прививается на твердой поверхности.

Вольтамперометрия. Данный метод заключается в измерении силы тока в электрохимической ячейке как функции приложенного потенциала.

Многие вещества окисляются или восстанавливаются при определенном потенциале, который характерен именно для данного вещества. Если потенциал зафиксирован на величине, соответствующей окислению или восстановлению определяемого вещества, то сила тока прямо связана с его концентрацией. На этом принципе основано действие амперометрических электрохимических сенсоров. Например, для измерения концентрации растворенного в воде кислорода используют кислородный амперометрический датчик. В данном датчике есть золотой или платиновый катод, отделенный от серебряного анода пластиковой оболочкой. Газопроницаемая мембрана, которая располагается на внешней стороне нижней поверхности электрода, пропускает внутрь молекулы небольшого размера. При погружении датчика в исследуемый образец воды молекулы кислорода диффундируют в тонкую пленку электролита, контактирующую с электродами. На катоде поддерживают потенциал -800 мВ относительно серебряного анода, и молекулярный кислород восстанавливается в соответствии с уравнением:

O 2 +2Н + +2е - ↔Н 2 О 2

Проходящий через ячейку ток измеряют и по его величине определяют концентрацию растворенного кислорода. Такой датчик необходимо калибровать, используя стандартные растворы с известной концентрацией растворенного кислорода.

Кондуктометрические сенсоры. Их действие основано на измерении электропроводности растворов. Такие электрохимические сенсоры используют, в частности, для определения концентрации CO2 в воздухе. В этом случае измеряется электропроводность водного раствора углекислоты, в котором, как правило, в результате ее диссоциации образуются ионы H+ в количествах, зависящих от парциального давления CO2 в воздухе. Различие в электропроводности между «холостым» раствором (без CO2) и анализируемым (с CO2) фиксируется как аналитический сигнал.

Кулонометрические сенсоры. В основе работы этого типа электрохимических сенсоров лежит зависимость тока, протекающего через электрохимическую ячейку при контролируемом расходе анализируемого газа подающего на катод, от концентрации кислорода (при условии практически полной откачки кислорода из потока). Они менее известны, однако в ряде случаев точность измерения ими выше других видов электрохимических химических сенсоров.

 

Биосенсоры. Под термином биосенсор понимают устройство, в котором чувствительный слой содержит биологический материал: ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК. Этот слой непосредственно реагирует на присутствие определяемого компонента и генерирует сигнал, зависящий от концентрации этого компонента.

Конструктивно биосенсор аналогичен остальным видам химических сенсоров и состоит из двух преобразователей (биохимического и физического) находящихся в тесном контакте друг с другом. При этом биохимический преобразователь, или биотрансдьюсер, выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя определяемый компонент, а точнее, информацию о химических связях в физическое или химическое свойство или сигнал, а физический преобразователь позволяет зарегистрировать этот сигнал. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси, не прибегая к дополнительным операциям, связанным с использованием других реагентов.

Действие биосенсоров основано на важнейших химических реакциях живых организмов: реакции антитело/антиген, фермент/субстрат, рецептор/гормон. Такие реакции используются для получения высоко селективных и чувствительных биосенсоров на конкретные определяемые вещества. Для иллюстрации высокоселективных реакций, протекающих между биологическими молекулами, предложен механизм, получивший название «ключ-замок».

В биосенсорах узнающим реагентом обычно является макромолекула, иммобилизованная внутри мембраны, либо химически связанная с поверхностью, которая контактирует с раствором определяемого вещества. Между реагентом и определяемым веществом проходит специфическая химическая реакция. Это может быть либо прямое взаимодействие реагента с определяемым веществом, как в случае реакции антиген/антитело, либо каталитическое взаимодействие иммобилизованного фермента с определяемым веществом с образованием легко определяемого продукта.

Перспективно применение химических сенсоров в электронной промышленности и в системах безопасности, например, на авиатранспорте, в угольной промышленности, на военных и других, критически важных объектах.


Тема 10 (2 часа). Электрокинетические явления.

Лекция 18. Электрофорез, электроосмос. Использование электрокинетических яалений для получения наноструктурированных материалов. Электрофоретические наноструктурированные покрытия.

 

В 1807 г. профессор Московского университета Ф.Ф. Рейсс открыл два явления – электрофорез и электроосмос, связанные с нарушением электрохимического равновесия в двойном ионном слое на поверхности твердой фазы, граничащей с водной средой при помещении систем в электрическое поле. Принцип опыта Рейсса заключался в следующем. В кусок влажной глины были воткнуты две полые стеклянные трубки без дна. Чтобы вода при заливании в эти трубки не замутилась при размывании глины, на поверхность глины помещался кварцевый песок, после чего по стенке осторожно заливалась дистиллированная вода. Затем в воду помещали два угольных электрода, закрепленных на пробках, к которым подводился постоянный ток. По истечении некоторого времени было обнаружено, что частицы глины стали двигаться под действием электрического поля к положительно заряженному электроду. Значит, частицы глины оказались заряженными отрицательно. Это явление движения частиц твердой фазы в электрическом поле было названо электрофорезом. Одновременно с этим во второй трубке поднялся уровень жидкости, но помутнения не было. Вода оказалась положительно заряженной, поэтому она стала перемещаться к отрицательно заряженному электроду. Это явление получило название электроосмоса. Таким образом, под действием электрического тока может происходить движение либо твердого тела, либо жидкой фазы. Эти явления называют электрокинетическими, так как они проявляются при перемещении одной фазы относительно другой, и в настоящее время достаточно хорошо изучены. Кроме электроосмоса и электрофореза существуют еще два электрокинетических явления:

1) электрофорез - движение диспергированных частиц в дисперсионной среде под действием электрического потенциала, приложенного извне;

2) потенциал движущихся частиц, открытый в 1880 г. Дорном, потенциал седиментации (оседания) - возникновение потенциала под влиянием движущихся частиц относительно неподвижной жидкости или приоседании частиц;




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 606; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.049 сек.