一种呈现静电沸腾现象的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410201052.9 | 申请日 | 2024-02-23 | 公开(公告)号 | CN117975796A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 盐城师范学院; | 发明人 | 苗中正; | ||||
| 摘要 | 本 发明 基于等势体静电平衡原理，在隔绝电荷的容器中盛满带电溶液，处于平衡状态后，电荷居于外层，从中部缓慢 抽取 溶液，溶液具有金属等导电固体不具有的流动性，不断收缩；顶部输入气体，带电离子浓度升高，静电 力 逐渐增强，当静电斥力大于表面 张力 时，溶液表面被撕碎，产生“ 沸腾 ”现象。本发明所述方法本身就是一种高浓度带电溶液制备方法，为丰富静电学及电化学的理解和研究开启新的视 角 与可能性，丰富物理学实验课程，催生出多种新型的实验仪器出现。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种呈现静电沸腾现象的方法，包括如下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种呈现静电沸腾现象的方法技术领域背景技术[0002] 高浓度带电溶液的研究目前处于空白：(1)带电溶液/高浓度带电溶液是否存在；(2)如何制备高浓度带电溶液；(3)高浓度带电溶液中离子/电荷/带电颗粒的分布状态及特殊性质，其存储极限及稳定性；(4)带电溶液的应用场景及技术原理，以上四条属于尚未解答的科学问题。苗中正团队基于以上通常情况下不被重视的问题，探究高浓度带电溶液的科学意义和应用前景，填补带电溶液/高浓度带电溶液的研究空白，提出相关概念与若干制备方法。高浓度带电溶液概念的引入与可控制备对相关原理研究与应用实践具有促进作用，可催生出系列相关材料、器件、装置的基础研究与技术研发，带来丰富的应用场景。 发明内容[0003] 本发明提供一种呈现“静电沸腾”现象的方法。 [0004] 本发明基于以下原理及机制：首先，基于静电吸引与重力胁迫实现溶液中阴离子与阳离子的有效分离。 [0005] 其次，基于正反馈机制使两侧金属桶中对应阴阳离子数目分别得到指数型增加，形成带电溶液。 [0007] 最后，基于等势体静电平衡原理，在隔绝电荷的容器中盛满带电溶液，处于平衡状态后，电荷居于外层，从中部缓慢抽取溶液，溶液具有金属等导电固体不具有的流动性，不断收缩；顶部输入保护性惰性气体，带电离子浓度升高，静电力逐渐增强，当静电斥力大于表面张力时，溶液表面被撕碎，产生“沸腾”现象。 [0008] 本发明采用如下技术方案：一种呈现“静电沸腾”现象的方法，包括如下步骤： (1)配置水箱及滴水口，水箱通过两个滴水口向下滴水，分别通过两个中空的导电环，水滴不与导电环接触； (2)构筑两个水电分离网络，导线交叉连接两个水电分离网络与中空的导电环，水电分离网络上方保留入水口，带电水滴从入水口进入水电分离网络； (3)水电分离网络下方保留出水口，水滴从水电分离网络下方的出水口流出； (4)收集从水电分离网络中流出的带电溶液或者水电分离网络中留下的高浓度带电溶液，转移到隔绝电荷的容器中，容器顶部有气体入口； (5)从容器中部抽取溶液，顶部输入保护性惰性气体，带电溶液中离子浓度升高，静电力逐渐增强，当静电斥力大于表面张力时，溶液表面被撕碎，产生“静电沸腾”现象。 [0009] 步骤(1)中的水箱中盛有包含正负离子的水溶液，正负离子包括Na+、K+、Mg²+、Ca+ + ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ － －²、H、Cl 、Br、SO4²、CO3² 、OH、C3H7COO 、C8H17COO 、溶胶粒子以及吸附或携有阴阳离子的带电颗粒。 [0011] 步骤(2)中的水电分离网络用孔径为1 cm‑1 nm金属网格层层叠加而成，或者运用孔径为1 cm‑1 nm的泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫镍、泡沫铁、泡沫不锈钢、泡沫铁镍，或者运用氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钛、炭黑、富勒烯、碳纳米管颗粒与金属导电网格进行“混凝土”灌装，金属导电网格做骨架，颗粒做填充并形成毛细通道，供水流通过，或者运用透水的导电聚合物或碳材料。 [0012] 步骤(3)中的从水电分离网络出水口流出的水带有电荷，其带电量虽然低于水电分离网络中留存的水，仍可用于中部抽取液体浓缩产生“静电沸腾”现象。 [0013] 步骤(4)中的容器不仅用于盛放带电溶液，还需要抵消静电斥力。 [0014] 步骤(5)中的惰性气体的气压保持常压即可，气压过低或过高都会干扰“静电沸腾”现象。 [0015] 本发明具有如下优势：(1)本发明所述方法本身就是一种高浓度带电溶液制备方法，利用等势体静电平衡原理，带电离子只能存在于边缘，同时也充分利用了液体的可流动性，抽取中心的水对带电量影响不大，溶液体积变小，带电离子浓度增大。 [0016] (2)本发明所述方法首次提出了“静电沸腾”现象，为丰富静电学及电化学的理解和研究开启新的视角与可能性，极有可能进入大学及中学教材。 [0018] 图1为本发明方法原理示意图。1为隔电容器，2为抽水管，3为带电溶液，4为气体入口，5为惰性气体或者普通气体，6为“静电沸腾”撕裂液体表面。 具体实施方式[0019] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例 [0022] (3)水电分离网络上方保留入水口，带电水滴从入水口进入水电分离网络，水电分离网络下方保留出水口，水滴从水电分离网络下方的出水口流出。 [0023] (4)收集从水电分离网络中流出的带电溶液转移到隔绝电荷的容器中，容器顶部有气体入口。 [0024] (5)从容器中部缓慢抽取溶液，顶部输入保护性惰性气体，带电溶液中离子浓度升高，静电力逐渐增强，当静电斥力大于表面张力时，溶液表面被撕碎，产生“静电沸腾”现象。实施例 [0025] (1)配置水箱及滴水口，配置盐度为15‰的氯化钠水溶液，水溶液中的正负电荷载体因为导电环的静电吸引作用分别流入一个滴水口，在重力作用下经过一个中空的导电环，带电水滴不与导电环接触。 [0026] (2)使用孔径0.03 mm的不锈钢网作为水电分离网络导电骨架，构筑两个水电分离网络，导线交叉连接两个水电分离网络与中空的导电环，形成正反馈电路。 [0027] (3)水电分离网络上方保留入水口，带电水滴从入水口进入水电分离网络，水电分离网络下方保留出水口，水滴从水电分离网络下方的出水口流出。 [0028] (4)将水电分离网络中保留的带电溶液转移到隔绝电荷的容器中，容器顶部有气体入口。 [0029] (5)从容器中部缓慢抽取溶液，顶部输入保护性惰性气体，带电溶液中离子浓度升高，静电力逐渐增强，当静电斥力大于表面张力时，溶液表面被撕碎，产生“静电沸腾”现象。 |
||||||
