| 题名 | 液态Ga-In合金及Wood合金在NaOH水溶液中的电毛细行为 |
| 作者 | 张国堤 |
| 答辩日期 | 2017 |
| 导师 | 陈剑虹 ; 林巧力 |
| 关键词 | 液态金属 表面张力 电毛细作用 NaOH 电化学 铺展过程 电润湿 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 本文研究了电场作用下液态金属在NaOH水溶液中的电毛细行为,利用电场力的作用来驱动液态金属,探讨外界环境变量和液态金属电毛细行为之间规律,其研究成果可以为微机电设备的控制系统提供一定的理论依据和技术支持。实验中所使用的材料为液态Wood合金和Ga-In合金,实验过程为利用石墨电极对其施加电场,研究液态金属在NaOH水溶液中的表面张力变化、界面电化学反应、氧化膜的产生、溶液中电润湿等动态过程以及所诱发电毛细现象。当电极配置（两电极间距4cm）为阳极接入液态金属,阴极接入溶液时,无论采用何种金属及任意数值电压,阳极均电解水产生O2并使液滴发生氧化反应,阴极电解水产生H2发生还原反应。Ga-In合金被氧化后产生的氧化膜主要成分为Ga2O3和In2O3,其与NaOH溶液反应生成GaO2-、InO2-,这些离子改变了溶液的颜色也使溶液中产生白色胶状共聚物Ga2O3-Ga（OH）3。通过氧化反应,Ga-In合金液滴可在5V的电压下(0.10mol·L-1的NaOH水溶液)逐渐生成氧化膜,随着电压持续增大,它作为表面活性剂可使Ga-In合金液滴的表面张力从679400mN/m之间发生转变。Wood合金被氧化后产生的氧化膜主要成分为CdO、SnO2、Bi2O3、PbO2,其与NaOH溶液反应产生Sn（OH）62-、SnO32-、SnO22、PbO32-、Cd（OH）42-,这些离子改变了溶液的颜色也使溶液中产生Bi2O3-Bi（OH）3白色絮状沉淀,电压过大时溶液中产生的黑色物质可能是CdO。通过氧化反应,Wood合金液滴的可在5V的电压下(0.10 mol·L-1的NaOH水溶液)逐渐生成氧化膜,随着电压持续增大,它作为表面活性剂可使Wood合金液滴的表面张力从29545mN/m之间发生转变。当改变电极配置（两电极间距4cm）为阴极接入液态金属,阳极接入溶液时,电极还原反应诱发的电毛细作用均可使两种金属液滴的氧化膜破裂并被拉长,部分氧化膜溶解于溶液中。Ga-In合金液滴产生的氧化膜在10s内恢复到原状,Wood合金液滴产生的氧化膜在3s内恢复到原状,两者的表面张力均迅速增大到初始值。当电极配置（两电极间距10cm）为阴极和阳极均接入溶液时,让液滴置于阴极端,使其受电场力作用下运动至阳极,测量液滴的最大铺展过程及运行速度与电压、浓度、质量的关系。结果表明:Ga-In合金和Wood合金液滴发生最明显铺展时的临界电压随着NaOH浓度增大而降低,分别在3.0 mol·L-1和0.30 mol·L-1时出现饱和值。当质量和电压一定时,驱动Ga-In合金运动所需的溶液浓度远远大于Wood合金,Wood合金的运动过程不仅对浓度更加灵敏,而且其活性较低且实验损耗较少,另外材料成本也更为低廉。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 61 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/92569]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张国堤. 液态Ga-In合金及Wood合金在NaOH水溶液中的电毛细行为[D]. 2017. |
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