本發(fā)明屬于液態(tài)金屬性能測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液態(tài)金屬表面雙電層特性的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

一般而言，當(dāng)液態(tài)金屬與溶液接觸時(shí)，金屬表面的電荷會(huì)重新排布，于溶液-液態(tài)金屬界面形成雙電層。雙電層是液態(tài)金屬的表面張力、吸附特性等基本表面性質(zhì)的決定性因素。因此，如何快速準(zhǔn)確的測量雙電層的電荷種類、結(jié)構(gòu)及電荷排布情況對液態(tài)金屬的研究與應(yīng)用有重要意義。

現(xiàn)有的測量雙電層的方法主要有充電曲線法、電毛細(xì)曲線法及微分電容法。這三種方法測量所需的金屬量較多，不適用于微觀尺度；且測量過程中金屬滴下的過程會(huì)與空氣接觸導(dǎo)致液態(tài)金屬液滴表面生成氧化膜，影響測量精度；且測得的是金屬整體的雙電層分布，難以精確到局部。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)很難準(zhǔn)確測量小尺寸金屬液滴表面的雙電層的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種液態(tài)金屬表面雙電層特性的測量系統(tǒng)及方法，以電子束轟擊為主要檢測手段，使電子與液態(tài)金屬表面雙電層發(fā)生相互作用，引起局部雙電層的電荷分布變化，從而導(dǎo)致液態(tài)金屬表面張力的變化，最終導(dǎo)致液態(tài)金屬表面曲率半徑的變化；之后，通過測量反射光角度的變化，得到電子束轟擊時(shí)間與液滴表面張力變化的數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算得到該部位雙電層的種類、電量等相關(guān)信息。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種液態(tài)金屬表面雙電層特性的測量系統(tǒng)，包括檢測箱體6，在檢測箱體6的正上方設(shè)置有用于產(chǎn)生特定功率電子束的電子束發(fā)生器1，其發(fā)射電子束的一端在檢測箱體6內(nèi)，另一端與外部的控制電路相連，在檢測箱體6的內(nèi)部右側(cè)壁上設(shè)置有用于發(fā)射特定功率激光的激光源2，其發(fā)射激光一端在檢測箱體6內(nèi)，以一定角度對準(zhǔn)檢測箱體6底部平面上的液態(tài)金屬液滴4表面，另一端與外部的控制電路相連，在檢測箱體6的內(nèi)部左側(cè)壁上設(shè)置有用于接收液態(tài)金屬液滴4表面反射光的檢測屏3，所述液態(tài)金屬液滴4位于檢測箱體6底部由待檢測材料所制成的基底平面上，浸泡在介質(zhì)溶液5中。

所述電子束發(fā)生器1產(chǎn)生可控的功率介于6～12kev的電子束，可通過末端的控制電路控制其電子束發(fā)射時(shí)間。所述激光源2產(chǎn)生功率為100mw的紅色激光束，光束直徑為1.1mm。

所述檢測屏3為白色pvc材料光屏，用來記錄和顯示液態(tài)金屬液滴4表面反射的反射光角度，以顯示和測量液態(tài)金屬表面曲率半徑的變化。

所述待檢測材料可以為金屬或塑料，所述介質(zhì)溶液5為檢測雙電層所需的稀溶液，所述檢測箱體6為pvc材質(zhì)的透明長方體箱。

所述介質(zhì)溶液5可以為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的氫氧化鈉溶液或氯化鈉溶液或鹽酸溶液，使浸泡在其中的液態(tài)金屬液滴4表面形成雙電層。

所述液態(tài)金屬液滴4為低熔點(diǎn)金屬或合金。低熔點(diǎn)金屬包括汞、鉍等，合金包括鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金等。

利用所述液態(tài)金屬表面雙電層特性的測量系統(tǒng)的測量方法，包括：

首先將一定量的介質(zhì)溶液5放置在檢測箱體6中，并將待檢測的液態(tài)金屬液滴4放置在檢測箱體6的底部平面上，此時(shí)液態(tài)金屬液滴4表面形成雙電層，并在表面張力的作用下與檢測箱體6底部平面形成一定的接觸角，其表面具有一定的曲率半徑；

之后，打開激光源2，發(fā)射特定頻率的激光束，并以一定角度照射在液態(tài)金屬液滴4表面上，而液態(tài)金屬液滴4表面的發(fā)射光投射到檢測箱體6左側(cè)的檢測屏3，通過計(jì)算反射光在檢測屏3上的位置即可得到發(fā)射光角度信息；

最后，打開電子束發(fā)生器1產(chǎn)生特定功率的電子束，對位于檢測箱體6底部平面上的液態(tài)金屬液滴4進(jìn)行轟擊，從而改變其表面雙電層的電荷分布，引起表面張力的變化，繼而改變其表面曲率半徑，隨著電子束轟擊時(shí)間的增加，液態(tài)金屬液滴4表面曲率半徑也產(chǎn)生相應(yīng)的改變，從而使檢測屏3上的反射光位置產(chǎn)生變化，通過計(jì)算檢測屏3上的反射光位置與電子束轟擊時(shí)間的數(shù)學(xué)關(guān)系即可得到該部位雙電層的種類、電量等相關(guān)信息。

本發(fā)明所述的液態(tài)金屬表面雙電層特性的檢測系統(tǒng)可以通過控制電子束發(fā)生器的位置，精確測量液態(tài)金屬液滴表面某一局部區(qū)域的雙電層的種類、電量等相關(guān)信息，也可以通過依次改變電子束發(fā)生器的照射位置，即移動(dòng)電子束的轟擊位置，得到整個(gè)液態(tài)金屬液滴表面各個(gè)位置的雙電層的種類、電量等相關(guān)信息，對整個(gè)液態(tài)金屬表面進(jìn)行檢測。此外，使用本發(fā)明所述的電子束發(fā)生器可以對液態(tài)金屬液滴表面進(jìn)行精確處理，進(jìn)而改變液態(tài)金屬液滴的表面性質(zhì)。

相比于傳統(tǒng)的檢測手段，本發(fā)明利用電子束轟擊液態(tài)金屬液滴改變其表面雙電層特性，最終影響其表面特定位置的曲率半徑。通過計(jì)算檢測屏上的反射光位置與電子束轟擊時(shí)間的數(shù)學(xué)關(guān)系即可得到該部位雙電層的種類、電量等相關(guān)信息。不僅可以對金屬液滴的特定位置進(jìn)行雙電層特性測量，而且可以對金屬液滴的整體進(jìn)行檢測，以得到整個(gè)液滴表面的雙電層分布情況，此外該系統(tǒng)可以直接對液態(tài)金屬表面進(jìn)行精細(xì)處理，進(jìn)而改變金屬表面雙電層的特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的液態(tài)金屬表面雙電層特性測量系統(tǒng)的整體示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的電子束轟擊液態(tài)金屬表面時(shí)，引起液態(tài)金屬液滴表面曲率半徑變化的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

參考圖1，本發(fā)明所述的液態(tài)金屬表面雙電層特性的檢測系統(tǒng)主要由電子束發(fā)生器1、激光源2、檢測屏3、液態(tài)金屬液滴4、介質(zhì)溶液5、檢測箱體6等部分組成。所述的電子束發(fā)生器1位于檢測箱體6的正上方，其發(fā)射電子束的一端放置在檢測箱體6內(nèi)，另一端與外部的控制電路相連，用來產(chǎn)生可控的功率介于6～12kev的電子束；所述的激光源2位于檢測箱體6的右側(cè)，其發(fā)射激光一端放置在檢測箱體6內(nèi)，另一端與外部的控制電路相連，用來產(chǎn)生的功率為100mw的紅色激光束，光束直徑為1.1mm；所述的檢測屏3位于檢測箱體6的左側(cè)，為長20cm、寬2mm、高50cm的白色pvc材料光屏，用于接收液態(tài)金屬液滴4表面反射的反射光；所述的液態(tài)金屬液滴4為被檢測物質(zhì)，位于檢測箱體6底部由待檢測材料如金屬、塑料、所制成的基底平面上，浸泡在介質(zhì)溶液5中；所述的介質(zhì)溶液5一般為檢測雙電層所需的稀溶液通常為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的氫氧化鈉溶液；所述的檢測箱體6為長20cm、寬20cm、高50cm的pvc材質(zhì)的透明長方體箱。

參考附圖2，本發(fā)明所述的液態(tài)金屬表面雙電層特性的檢測系統(tǒng)在使用過程中，首先需要將一定量的介質(zhì)溶液5如氫氧化鈉等放置在檢測箱體6中，并將待檢測的液態(tài)金屬液滴4放置在檢測箱體6的底部平面上。此時(shí)液態(tài)金屬液滴4表面形成雙電層，并在表面張力的作用下與檢測箱體6底部平面形成一定的接觸角，其表面具有一定的曲率半徑。之后，打開激光源2，發(fā)射特定頻率的激光束，并以一定角度照射在液態(tài)金屬液滴4表面上，而液態(tài)金屬液滴4表面的發(fā)射光投射到檢測箱體6左側(cè)的檢測屏3。通過計(jì)算反射光在檢測屏3上的位置即可得到發(fā)射光角度信息。最后，打開電子束發(fā)生器1產(chǎn)生特定功率的電子束，對位于檢測箱體6底部平面上的液態(tài)金屬液滴4進(jìn)行轟擊，從而改變其表面雙電層的電荷分布，引起表面張力的變化，繼而改變其表面曲率半徑。隨著電子束轟擊時(shí)間的增加，液態(tài)金屬液滴4表面曲率半徑也產(chǎn)生相應(yīng)的改變，從而使檢測屏3上的反射光位置產(chǎn)生變化。最后通過計(jì)算檢測屏3上的反射光位置與電子束轟擊時(shí)間的數(shù)學(xué)關(guān)系即可得到該部位雙電層的種類、電量等相關(guān)信息。具體計(jì)算方法如下：

設(shè)液滴上的測量點(diǎn)在電子束轟擊前曲率為r1、液態(tài)金屬表面張力為γ1，轟擊后曲率變?yōu)閞2，轟擊后的液態(tài)金屬表面張力為γ2，因轟擊前后液態(tài)金屬內(nèi)外附加壓力幾乎不變，即有由此得到轟擊后的液態(tài)金屬液滴表面張力假設(shè)液態(tài)金屬的雙電層以stern雙電層形式存在，則雙電層電容為

其中，γ為轟擊后液滴該處的表面張力，φ為單位時(shí)間內(nèi)的電勢差改變，可表示為φ＝ne，其中n為單位時(shí)間內(nèi)電子束發(fā)射到達(dá)液態(tài)金屬表面的電子數(shù)量。

以上所述的僅是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案，該液態(tài)金屬表面雙電層特性的檢測系統(tǒng)的各組成部分，即電子束發(fā)生器1、激光源2、檢測屏3、液態(tài)金屬液滴4、介質(zhì)溶液5、檢測箱體6等的具體功能參數(shù)和外形尺寸都可以進(jìn)行合理修改。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。