[发明专利]一种液态金属表面双电层特性的测量系统及方法

说明书

本发明提出了一种液态金属表面双电层特性的检测系统和方法，主要包括电子束发生器、激光源、检测屏、液态金属液滴、介质溶液、检测箱体等部分；该方法利用电子束轰击液态金属液滴改变其表面双电层特性，最终影响其表面特定位置的曲率半径，通过计算检测屏上的反射光位置与电子束轰击时间的数学关系即可得到该部位双电层的种类、电量等相关信息，相比于传统的检测手段，该方法不仅可以对金属液滴的特定位置进行双电层特性测量，而且可以对金属液滴的整体进行检测，以得到整个液滴表面的双电层分布情况，此外该系统可以直接对液态金属表面进行精细处理，进而改变金属表面双电层的特性。

技术领域

本发明属于液态金属性能测试技术领域，特别涉及一种液态金属表面双电层特性的测量系统及方法。

背景技术

一般而言，当液态金属与溶液接触时，金属表面的电荷会重新排布，于溶液-液态金属界面形成双电层。双电层是液态金属的表面张力、吸附特性等基本表面性质的决定性因素。因此，如何快速准确的测量双电层的电荷种类、结构及电荷排布情况对液态金属的研究与应用有重要意义。

现有的测量双电层的方法主要有充电曲线法、电毛细曲线法及微分电容法。这三种方法测量所需的金属量较多，不适用于微观尺度；且测量过程中金属滴下的过程会与空气接触导致液态金属液滴表面生成氧化膜，影响测量精度；且测得的是金属整体的双电层分布，难以精确到局部。综上所述，现有的技术很难准确测量小尺寸金属液滴表面的双电层的情况。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种液态金属表面双电层特性的测量系统及方法，以电子束轰击为主要检测手段，使电子与液态金属表面双电层发生相互作用，引起局部双电层的电荷分布变化，从而导致液态金属表面张力的变化，最终导致液态金属表面曲率半径的变化；之后，通过测量反射光角度的变化，得到电子束轰击时间与液滴表面张力变化的数学关系，进而计算得到该部位双电层的种类、电量等相关信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液态金属表面双电层特性的测量系统，包括检测箱体6，在检测箱体6的正上方设置有用于产生特定功率电子束的电子束发生器1，其发射电子束的一端在检测箱体6内，另一端与外部的控制电路相连，在检测箱体6的内部右侧壁上设置有用于发射特定功率激光的激光源2，其发射激光一端在检测箱体6内，以一定角度对准检测箱体6底部平面上的液态金属液滴4表面，另一端与外部的控制电路相连，在检测箱体6的内部左侧壁上设置有用于接收液态金属液滴4表面反射光的检测屏3，所述液态金属液滴4位于检测箱体6底部由待检测材料所制成的基底平面上，浸泡在介质溶液5中。

所述电子束发生器1产生可控的功率介于6～12keV的电子束，可通过末端的控制电路控制其电子束发射时间。所述激光源2产生功率为100mW的红色激光束，光束直径为1.1mm。

所述检测屏3为白色PVC材料光屏，用来记录和显示液态金属液滴4表面反射的反射光角度，以显示和测量液态金属表面曲率半径的变化。

所述待检测材料可以为金属或塑料，所述介质溶液5为检测双电层所需的稀溶液，所述检测箱体6为PVC材质的透明长方体箱。

所述介质溶液5可以为质量分数为2％的氢氧化钠溶液或氯化钠溶液或盐酸溶液，使浸泡在其中的液态金属液滴4表面形成双电层。

所述液态金属液滴4为低熔点金属或合金。低熔点金属包括汞、铋等，合金包括镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金等。

利用所述液态金属表面双电层特性的测量系统的测量方法，包括：

首先将一定量的介质溶液5放置在检测箱体6中，并将待检测的液态金属液滴4放置在检测箱体6的底部平面上，此时液态金属液滴4表面形成双电层，并在表面张力的作用下与检测箱体6底部平面形成一定的接触角，其表面具有一定的曲率半径；