Способ определения плотности зарядов двойного электрического слоя в контакте диэлектрических частиц с твердой поверхностью

 

Изобретение относится к испытанию электрофизических свойств материалов , в частности к способам определения контактной разности потенциалов и плотности зарядов двойного электрического слоя в контакте, и может быть использовано в исследовательскйх лабораториях, например , для изучения физических свойств материалов в малых объемах. Дця этого из диэлектрических частиц создают поток, движущийся с заданной скоростью Направляют этот поток частиц на твердую поверхность и увеличиваю т скорость потока падающих частиц. Затем определяют момент начала отрыва частиц от твердой поверхности и фиксируют значение критической скорости потока частиц, соответствующей этому моментус Плотность зарядов в двойном электрическом слое в контакте диэлектрических частиц с твердой поверхностью вычисляют по формуле, приведенной в описании изобретения. Измерение плотности зарядов можно производить как в воздушной ср еде, та и в вакууме. с (б (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

09) (и) (59 (С 01 N 27/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4088909/24-21 (22) 11.07.86 (46) 30.08.88. Бюл. 9 32 (71) Институт физической химии

АН СССР (72) В.M.Móëëåð, Н.С.Иихович, Ю.П.Топоров, В,Н.Корпусов „ и Б.В.Дерягин (53) 621.317.71 (088.8) .(56) Алейникова И.Н. Изучение про-цесса прилипания и электризации частиц диэлектриков при контакте с металлом: Канд.дисс. — И.: ИФХ АН СССР,, 1967, с.133. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ . ЗАРЯДОВ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ

В КОНТАКТЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ

С ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТЫО (57) Изобретение относится к испытанию электрофизических свойств материалов, в частности к способам определения контактной разности потенциалов и плотности зарядов двойного электрического слоя в контакте, и может быть использовано в научноисследовательских лабораториях, например, для изучения физических свойств материалов в малых объемах, Для этого из диэлектрических частиц создают поток, движущийся с заданной скоростью. Направляют этот поток частиц на твердую поверхность и увеличивают скорость потока падающих частиц. Затем определяют момент начала отрыва частиц от твердой поверхности и фиксируют значение критической скорости потока частиц, соответствующей этому моменту. Плотность зарядов в двойном электрическом слое в контакте диэлектрических частиц с твердой поверхностью вычисляют по формуле, приведенной в описании изобретения. Измерение плотности зарядов можно производить как в воздушной среде, так и в вакууме.

1420505 где / - плотность материала;

- модуль Пуассона;

Š— модуль упругости материала частиц.

Формула может быть получена следующим образом.

Кинетическая энергия, частицы, дви-50 гающейся со скоростью V,, 2 (2) Е где ш — масса частицы, причем

4,— 3

m = DIRE

3 (3) Изобретение относится к способам испытания электрофизических свойств материалов, а именно к способам определения контактной разности потен5 циалов и плотности зарядов двойного электрического слоя (ДЭС) в контакте и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях, например, для изучения физи-. ческих свойств материалов в малых объемах.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение измерений плотности зарядов ДЭС. 15

Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что при малых скоростях соударения частиц с поверхностью мишени происходит прилипание частиц.

С увеличением скорости соударения при достижении некоторого критического значения скорости Ч, характерного для каждой индивидуальной пары взаимодействующих частиц и подложки, 25 начинается отскок частиц. Критическая скорость начала отскока определяется величиной электростатических сил притяжения, обусловленных двойным электрическим слоем, возникающим в контакте. Поскольку электростатические силы притяжения определяются плотностью зарядов двойного электрического слоя, то, определив критическую скорость начала отскока V< можно рассчитать искомую величину средней плотности зарядов двойного электрического слоя по следующей, теоретически выведенной и экспериментально проверенной, формуле:

Щ

>/ E 3/ о бО 3 (— - - — ) (-), (1) г где К вЂ” радиус частицы; — плотность ее материала;

Во время удара частицы о поверхность кинетическая энергия частицы переходит в энергию упругой деформации о

Энергия упруго деформированной частицы

8 Е а

Е (4)

15 1-g R2 где а — радиус площади контакта.

В момент максимальной деформации, когда кинетическая энергия полностью переходит в упругую, Е„ =Ек.

Отсюда, воспользовавшись выражениями (2) и (4) с учетом (3), можно найти максимальный радиус площади контакта;

5Л I-q г i/p а R(---- - — — — P V ) (5)

4. Е

16 -., А = — -ii6 а

Ф

3 (6) где. б — средняя плотность заряда на обкладках, имеющих форму круга радиуса а, Когда скорость столкновения частицы с преградой / меньше критической скорости V (частица прилипает), Ец с А. Когда скорость столкновения частицы с преградой V > 7, Ек ь А.

При критической скорости V отк вечающей началу отскока:

Е, = А. (7)

Подставляя в выражение (7) значения Ек из (2) и А из (б) с учетом (3) и (5), имеем

16 .- 2 з 4

6 а = — -лУК

3 3 2

В контакте частицы с поверхностью мишени образуется двойной электрический слой, который можно рассматривать как заряженный плоский конденсатор.

В этом случае процесс нарушения конf такта эквивалентен процессу разведения обкладок плоского конденсатора и сопровождается затратами работы на преодоление сил электростатического притяжения между заряженными обкладками. Поэтому при отскоке частицы упругая энергия расходуется на сообщение частице скорости отскока и на работу разделения обкладок двойного электрического слоя, Работа разделения обкладок двойного слоя

420505 подстановки в формулу (3) дало значение плотности зарядов двойного электрического слоя, равное 2, 1 ° 10

Э

СГСЭ или 0,7 10 Кл/м

Использование предлагаемого способа позволяет не только облегчить и ускорить измерения плотности зарядов двойного электрического слоя, но и обеспечить автоматизацию измерений и значительно повысить точность. Измерения можно производить как в воздушной среде, так и в. вакууме.

1б - - .«(5 i

4, з

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 4324/49 Тираж 847 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из этого равенства и следует предложенная формула,/ р g/, e= (< h- >«l "б (ч )/ (— ) использование которой позволяет, зная критическую скорость отскока

«Ч», определить плотность зарядов двойного электрического слоя.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемые частицы распыляются с помощью генератора Фукса-Мурашкевича, постепенно дозированно вводятся в устройство для их разгонааэродинамическую трубу. После достижения частицами определенной скорости, фиксируемой одним из известных способов, они направляются на препятствие — мишень, изготовленную из второго испытуемого материала. При этом происходит соударение частиц с препятствием.

При непрерывном наблюдении за поведением частиц при их соударении с мишенью плавно увеличивают скорость соударения и фиксируют визуально или с помощью электрической схемы момент начала отскока частиц от препятствия. Скорость в момент начала отскока и является величиной,по которой с помощью приведенной выше формулы определяется плотность зарядов двойного электрического слоя б .

Применение предлагаемого способа для изучения контактного взаимодействия частиц полистирола (Е = Зх

}10 дн/см, g =1/3, уъ 1 г/см, диа-, метр -1 мкм) и плоской поверхности кварца позволило определить плотность зарядов двойного электрического слоя в контакте.

Критическая скорость, при которой начинался отскок частиц в воздухе, составляла 0,94 см/с, что после

Способ определения плотности зарядов двойного электрического слоя в контакте диэлектрических частиц с твердой поверхнрстью, заключающийся

20 в том, что используют диэлектрические частицы с заданными свойствами, наносят их на твердую поверхность и затем отделяют от нее, вычисляют плотность зарядов в двойном электри25 ческом слое в контакте диэлектричес" ких частиц с твердой поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения измерений, из диэлектрических частиц создают поток, движущийся с заданной скоростью, направляют поток частиц на твердую поверхность, увеличивают скорость потока частиц, падающих на твердую поверхность, оп ределяют момент начала отрыва частиц от твердой поверхности, фиксируют значение критической скорости потока частиц, соответствующей этому моменту, а плотность зарядов в двойном

40 электрическом слое в контакте диэлектрических частиц с твердой поверхностью вычисляют по формуле

0 23 (yV) (,) °

45 где у — плотность; — модуль Пуассона;

Š— модуль упругости материала частиц;

V„ — критическое значение скорости потока частиц.