Способ измерения зависимости поверхностного напряжения твердого электрода от потенциала

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ

Союз Соаетсимн

Социапмстммесхнн

Республнк

«i 658442 (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 19. 05. 77 (21) 2488943/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет 2 (51) М. Кл.

G 01 N 13/02

Государственный комитет

СССР но делам изооретений и открытий

Опубликовано 25. 04. 79. Бюллетень № 15 (53) УДК 543. 542 (088.8) Дата опубликования описания 25. 04, 79 (72) Автор изобретения

А. Я. Гохштейн (71) Заявитель

Институт электрохимии АН СССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОДА ОТ ПОТЕНЦИАЛА

Изобретение относится к области физической химии и может быть использовано для исследования границы раздела между электропроводными.твердым телом и жидкостью.

Известен способ измерения зависимости поверхностного натяжения твердого электрода от потенциала, основанный на регистрации малых колебаний электрода, вызванных колебаниями его потенциала при цропускании переменного тока через границу твердого электрода с жидким электролитом (1 ).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения зависимости поверхностного натяженйя твердого электрода от потенциала, включающий пропускание переменного тока через границу электрода с жидким электролитом, задание среднего потенциала электрода относительно электролита и регистрацию колебаний изгиба электрода в виде пластины на резонансной частоте (2 ), Электролитом смачивают одну из двух сторон пластины. Переменный ток звуковой частоты вводят в пластину через металлический держатель, скрепляющий электрод с пьезоэлементом и одновременно служащий электрическим контактом.

Держатель соединяет электрод с внешней цепью, через которую задаются переменный ток и среднее значение потенциала электрода относительно электролита. Частоту тока устанавливают равной одной иэ резонансных частот механической системы электрод — пьезоэлемент. Переменный ток проходит внутри пластины вдоль ее средней плоскости и выходит в электролит через смоченный участок поверхности пластины. Колебания поверхностного натяжения на смоченной стрроне пластины вызывают изгибные колебания пластины, которые передаются пьезоэлементу и таким путем регистрируются.

Вещества. исследуемых электродов раэнообразHbI металлы сплавы полупроводники твердые электролиты. В ряде случаев их состав неизвестен. При выборе материалов держателя и токопроводяших проводов основными являются механические свойства. Хрупкие, мягкие, тяжелые мате20 риалы менее подходят для этой цели. Поэтому, как правило, материалы держателя и проводов отличаются от материала исследуемого электрода.

При этом в известных способах в зоне контакта

658442 между электродом и цепью задания среднего потенциала выделяется тепло Пельтье.с частотой пропускаемого тока. В электроде и держателе вблизи их границы возйикаютпеременные температурные напряжения. Они вызывают дополнительные коле- % бания электрода, которые накладываются на ко- лебания, обусловленные перйодическим изменением поверхностного натяжения на границе электрод— электролит.

-. Поэтому известные способы в общем случае tO дают результат, искаженный погрешностью, для оценки и отделения которой необходимы дополнительные измерения. Погрешность возрастает при переходе от металлических электродов к полупроводниковым, у которых она соизмерима с 15 регистрируемым сигналом.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения погрешности, обусловленной температурными напряжениями в зоне контакта между электродом и цепью задания 20 среднего потенциала, Для этого в электролите создают внешнее по отношению к электроду переменное электрическое поле, а электрод погружают в электролит, э так чтобы средняя плоскость электрода пересе- 25 кала силовые линии поля; электрическое поле .формируют однородным, а электрод ориентируют перпендикулярно его направлению.

По предлагаемому способу. пластина электрода приводится в соприкосновение с электролитом

I обеими сторонами, а переменный ток пррпускается через электролит и электрод в направлении, перпендикулярном средней плоскости пластины.

Мгновенные значения переменного тока на противоположных сторонах пластины электрода одинаковы по величине и противоположны по знаку.

Средние значения потенциала электрода относительно электролита одинаковы на противоположньи сторонах пластины. Контакт держателя с электродом остается, он необходим для скрепления 40 электрода с пьезоэлементом и для задания среднего значения потенциала электрода.

Однако переменный ток через этот контакт в в данном способе не проходит.

Тепло, выделяющееся на границе электрод — 4 электрОлит, характеризует исследуемую систему, однозначно определяется ею и не является источником погрешности. Оно мало в области потенциалов, где электрод является поляризуемым и где переменный ток расходуется только на заря-5О жение емкости двойного электрического слоя. . В этой области, наиболее важной для исследований, тепловое натяжение пренебрежимо мало по сравнению с переменным поверхностным натяжением. 55

На чертеже показано расположение исследуемого электрода в электролите при измерениях предлагаемым способом.

Переменное электрическое поле в электролите 1 создают с помощью двух одинаковыхвспомогательных электродов 2 и 3, подключаемых к вторичной обмоткетрансформатора 4, первичную об. мотку которого соединяют с генератором переменного тока. Используют сосуд, разделенный на две одинаковые части перегородкой 5, которую пересекает канал 6 прямоугольного сечения.

Электролит заливают в сосуд до уровня выше дна канала, Вспомогательные электроды погружают в электролит по разные стороны от перегородки, Исследуемый электрод 7 в форме прямоугольной пластины закрепляют одним концом в держателе 8 и затем другим концом погружают в канал с электролитом так, чтобы средняя плоскость пластины была перпендикулярна стенкам канала, При прохождении переменного тока сквозь пластину потенциалы ее противоположных сторон относительно электролита колеблются в противофазе относительно одного и того же среднего значения.

Зависимость поверхностного натяжения v от потенциала проявляется в том, что следуя за потенциалами натяжения противоположных сторон пластины также колеблются в противофазе, уменьшение натяжения одной стороны сопровождается увеличением натяжения другой стороны. Возникают изгибные колебания пластины, которые регистрируются. Их амплитуда пропорциональна амплитуде поверхностного натяжения при заданном среднем потенциале, Изменение среднего потенциала у сопровождается изменением амплитуды поверхностного натяжения, давая кривую в координатах Ь - р „„. При заданной амплитуде переменного тока амплитуда плотности заряда г электрода q фиксирована вдоль кривой, hq=const.

Поэтому полученную таким путем кривую можно интерпретировать в координатах / о / 4 H.

Размерности этих координат одинаковы, благодаря чему они имеют преимущества перед координатами ä /д, /- Р . При необходимости переход совершается по формуле Э,„/д, =Сд ./3

7 Ч Х ф где С вЂ” известная дифференцйальная электрическая емкость единицы поверхности электрода на частоте измерения. Так как всегда СОО, то д ./д и Э ./ д, обращаются в нуль одновременно, указывая экстремумы функции f(Y).

Масштаб по оси ординат определяют, например, путем теплового. моделирования поверхностного натяжения. Для этого после измерения исследуемый электролит. заменяют стандартным раствором окислительно-восстановительной системы с тем же.обьемом. При частотах тока 1 кгц и выше распределения тока в исследуемом электролите и в стандартном растворе, как правило, одинаковы благодаря малому сопротивлению емкости электрода. Поэтому при измерениях допустимо

658442,г

ЦНИИПИ Заказ 2045/38 Тираж 1089 Подписное

Филиал if0H "Патент", г. ужгород, уп. Проектная, 4 неравномерное распределение тока по поверхности электрода. Вместе с тем, применение канала обеспечивает однородность поля вблизи электрода.

В результате и на электроде распределение тока близко к равномерному. 5

Чтобы предотвратить обтекание электрода током, целесообразно выбрать концентрацию электролита такой, чтобы удельное сопротивление было у него выше, чем у электрода. Обычно удельное сопротивление используемых жидких электролитов 10 лежит в пределах от 10 до 10 ом см. Поэтому для большинства электродов (металлы, сплавы, легированные полупроводники) указанное условие выполнено для всех концентраций электролита. 15

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность исследований поверхностных явлений. Он увеличивает точность измерений и расширяет класс электропроводных твердых тел, свойства которых могут быть изучены путем измере- 20 ния зависимости поверхностного натяжения от потенциала.

Формула изобретения

1. Способ измерения зависимости поверхностного натяжения твердого электрода от потенци-, 2 ала, включающий пропускание переменного тока через границу электрода с жидким электролитом, задание среднего потенциала электрода относительно электролита и регистрацию колебаний изгиба электрода на резонансйой частоте, отличаю щийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет странения погрешности, обусловленной температурными напряжениями в зоне контакта между электродом и цепью задания среднего потенциала, в электролите создают внешнее по отношению к электроду переменное электрическое поле, а электрод погружают в электролит так, чтобы средняя плоскость электрода пересекала силовые линш1 поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле формируют однородным, а электрод ориентируют перпендикулярно его направлению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР Р 178161, кл, Cj 01 и 13/02, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР N 277399, кл. 601 N 13/02, 1969.