旋轉(zhuǎn)圓盤電極2

1、旋轉(zhuǎn)圓盤電極旋轉(zhuǎn)圓盤電極組員：王思雨、秦玥昕、組員：王思雨、秦玥昕、 劉霽、肖劍劉霽、肖劍 旋轉(zhuǎn)圓盤電極旋轉(zhuǎn)圓盤電極n為什么使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)?n旋轉(zhuǎn)圓盤電極的原理n旋轉(zhuǎn)圓盤電極的裝置n旋轉(zhuǎn)圓盤電極的操作n旋轉(zhuǎn)圓盤電極的應(yīng)用為了研究電極表面電流密度的分布情況、減少或消除擴(kuò)散層等因素的影為了研究電極表面電流密度的分布情況、減少或消除擴(kuò)散層等因素的影響，電化學(xué)研究人員通過對(duì)比各種電極和攪拌的方式，開發(fā)出了一種高響，電化學(xué)研究人員通過對(duì)比各種電極和攪拌的方式，開發(fā)出了一種高速旋轉(zhuǎn)的電極，由于這種電極的端面像一個(gè)盤，所以也叫旋轉(zhuǎn)圓盤電極速旋轉(zhuǎn)的電極，由于這種電極的端面像一個(gè)盤，所以也叫旋轉(zhuǎn)圓盤

2、電極（rotating disk electroderotating disk electrode，RDERDE），簡(jiǎn)稱旋盤電極，還叫轉(zhuǎn)盤電極。），簡(jiǎn)稱旋盤電極，還叫轉(zhuǎn)盤電極。還有基于這種電極進(jìn)一步改進(jìn)了的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)電極等，可以測(cè)量更為復(fù)雜還有基于這種電極進(jìn)一步改進(jìn)了的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)電極等，可以測(cè)量更為復(fù)雜的電極過程的電化學(xué)參數(shù)。的電極過程的電化學(xué)參數(shù)。為什么使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極？為什么使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極？旋轉(zhuǎn)圓盤電極比靜止電極有以下優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)圓盤電極比靜止電極有以下優(yōu)點(diǎn)：濃差極化穩(wěn)定，極化曲線穩(wěn)定性好，可以測(cè)量比較迅速的電化學(xué)反應(yīng)。所以測(cè)量旋轉(zhuǎn)圓盤電極的極化曲線，尤其在測(cè)定擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)得失電子數(shù)、反應(yīng)物

3、濃度、電鍍添加劑的整平作用和電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)等方面有廣泛的應(yīng)用。RDE 法的原理旋轉(zhuǎn)圓盤電極旋轉(zhuǎn)圓盤電極的中心是一根金屬棒。棒的下端是研究電極的圓形光亮表面。棒外用聚四氟乙烯絕緣。當(dāng)電極經(jīng)馬達(dá)帶動(dòng)以一定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，在電極附近的液體必定會(huì)發(fā)生流動(dòng)，在一定條件下，旋轉(zhuǎn)圓盤電極旋轉(zhuǎn)圓盤電極附近的液體處于層流狀態(tài)時(shí)，液體的流動(dòng)可以分解成三個(gè)方向： 1由于電極旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，使流體在徑向以v徑速度向外流動(dòng)； 2由于流體的粘滯性，在圓盤電極的平面以一定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流體就要以v切速度向圓盤切向方向流動(dòng)； 3由于電極附近流體向外流動(dòng)，使電極中心區(qū)液體的壓力下降，從而使得離電極表面較遠(yuǎn)的液體以v軸速度向

4、中心流動(dòng)?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)的軸對(duì)稱性，選取三維圓柱坐標(biāo)（圖3.10）。 液體基本上只作軸向流動(dòng)，液體在徑向和切向的流速都不可忽略。由于圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，其邊緣區(qū)液體流動(dòng)的情況復(fù)雜，所以圓盤電極必須處在整個(gè)圓盤的中心，圓盤的半徑也要比電極的半徑大好幾倍，以忽略邊緣效應(yīng)對(duì)研究電極下液體流動(dòng)的影響。 極限擴(kuò)散電流方程式為： Id=0.62nFAD2/3-1/6C1/2式中： Id：圓盤電極的極限擴(kuò)散電流，A/Cm2 n：參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)，Cm2/秒 F：法拉第常數(shù) ：溶液的動(dòng)力學(xué)粘度，Cm2/秒 ：電極的旋轉(zhuǎn)速度，弧度/秒 C：被測(cè)離子的濃度 =1.61D1/3-1/6-1/2式中：擴(kuò)散層厚度D：被測(cè)

5、電原性物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，Cm2/秒：溶液的動(dòng)力粘度，Cm2/秒：旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)速/秒儀器的線路結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)圓盤電極的基本理論對(duì)儀器的要求是： 1、由于擴(kuò)散層厚度是一個(gè)可控制的量，它是通過改變來實(shí)現(xiàn)的，因此，儀器需可調(diào)整電極的轉(zhuǎn)速。 2、測(cè)速裝置，通過光電轉(zhuǎn)換，將電極的每分鐘轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娦盘?hào)再經(jīng)過邏輯控制，計(jì)數(shù)電路，以準(zhǔn)確的顯示每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。旋轉(zhuǎn)圓盤電極結(jié)構(gòu) 1. 圓盤電極與垂直她的轉(zhuǎn)軸同心具有很好的軸對(duì)稱。 2圓盤電極周圍的絕緣層有一定的相對(duì)厚度可以忽略流體動(dòng)力學(xué)上的邊緣效應(yīng)。 3電極表面的粗糙度應(yīng)小于擴(kuò)散層厚度。 4電極轉(zhuǎn)速適當(dāng)。太慢（1弧度/秒）時(shí)自然對(duì)流有干擾作用，太快時(shí)會(huì)出現(xiàn)湍流。 圖5.9表示

6、旋轉(zhuǎn)圓盤電極的結(jié)構(gòu)。 為簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)處理并能獲得均勻的擴(kuò)散厚度和電流分布要求在旋轉(zhuǎn)時(shí)圓盤電極附近的液體流動(dòng)滿足層流（不出現(xiàn)“湍流”）的條件。為此從流體動(dòng)力學(xué)考慮整個(gè)電極裝置的設(shè)計(jì)做到以下幾點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)圓盤電極的裝置ATA-1B型旋轉(zhuǎn)圓盤電極型旋轉(zhuǎn)圓盤電極旋轉(zhuǎn)圓盤電極的裝置nATA-1B型旋轉(zhuǎn)圓盤電極主要由驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)電極頭幾部分組成，其外形和主要結(jié)構(gòu)可參見結(jié)構(gòu)示意圖。n旋轉(zhuǎn)圓盤電極由裝在上部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)與主軸之間用磁性聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)無接觸傳動(dòng)。主軸下端安裝電極頭，為了能適用多種電極而采用螺紋連接，由軸上的彈簧頂針與電極保持接觸。主軸與外界的電氣聯(lián)系設(shè)有電刷能達(dá)到要求（接觸電阻1）。n電極頭以聚四氟乙烯作

7、基體，底部裝配有不同材料的電極，可根據(jù)需要給予加工。n在主軸下軸承下部，裝有通氣孔，可通不同氣體，起保護(hù)電極主體不被溶液氣體腐蝕的作用。操作操作： 1、配置電解液2、清洗電解池和電極。裝好電解池，密封后，通純N2 20 分鐘，以除去溶液中溶解的氧。 3、接好測(cè)量線路，打開電化學(xué)工作站，設(shè)參數(shù)，測(cè)定研究電極在靜止時(shí)的電位。 4、調(diào)節(jié)最初轉(zhuǎn)速為1000 轉(zhuǎn)分，測(cè)定電極旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡電位，并調(diào)節(jié)恒電位儀的內(nèi)給定，使總給定的電位變化在 平600mV 內(nèi)。 5、當(dāng)總給定電位處于最大(或最小)時(shí)，使電極極化，設(shè)置參數(shù)，測(cè)半個(gè)周期的極化曲線。 6、改變電極的旋轉(zhuǎn)速度，每次增加500 轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟5，可以得到一

8、組(5 條9 條)極化曲線。 注意事項(xiàng) 1、儀器應(yīng)避免強(qiáng)烈的沖擊和震動(dòng)，特別是旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不得碰撞和扳動(dòng)，以防彎曲變形而降低同心度，在搬動(dòng)過程中及裝拆電極時(shí)尤應(yīng)注意。 2、在裝電極頭時(shí)應(yīng)注意檢查內(nèi)部是否有雜物或污垢，若有應(yīng)及時(shí)清除，在旋裝電極頭時(shí)，用一手的二指控住主軸并稍向上用力，另一手旋動(dòng)電極頭并相加軸向推力（或拉力）以幫助電極頭旋上（或旋下），以防止電極頭內(nèi)的螺紋拉毛影響同心度。 3、卸下的電極頭應(yīng)旋在電極頭保護(hù)基上，并注意不要跌、碰，以免變形而影響使用。 4、液內(nèi)通氣時(shí)的氣體流量應(yīng)適當(dāng)控制，以防過大的氣流將電解液沖向軸承，當(dāng)電解液會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體時(shí)，適當(dāng)增加液面通氣的流量以阻止腐蝕性

9、氣體上逸以保護(hù)軸承。 5、所用的交流電源應(yīng)有可靠的接地線。 6、在電機(jī)開關(guān)置于“關(guān)”的位置，方可啟、閉電源開關(guān)。旋轉(zhuǎn)圓盤電極的應(yīng)用其一其一其二其二金剛石修整滾輪金剛石修整滾輪一、利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)定電鍍金剛石滾輪鎳鍍液中的添加劑一、利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)定電鍍金剛石滾輪鎳鍍液中的添加劑 金剛石修整滾輪（Diamand Dressing Roller）是新一代的砂輪修整工具。 它集超硬材料技術(shù)、精密加工技術(shù)、電鍍技術(shù)、金剛石修整技術(shù)為一體。而電鍍技術(shù)是其重要組成部分，方法是在鍍鎳電解液中通過電沉積的方法，將金剛石顆粒均勻地鑲嵌在經(jīng)過精密加工的型腔基體上。 在電鍍金剛石滾輪時(shí)，尤其對(duì)鍍層的機(jī)械性能（包

10、括硬度、耐磨性、結(jié)合力、脆性和內(nèi)應(yīng)力等）有很高的要求。鍍層的脆性和內(nèi)應(yīng)力對(duì)金剛石滾輪的制造精度、變形量的影響很大，這兩個(gè)參數(shù)主要取決于電鍍液中有機(jī)添加劑的含量。 鍍鎳光亮添加劑分為初級(jí)光亮劑（應(yīng)力消除劑）和次級(jí)光亮劑（整平劑）兩大類。 初級(jí)光亮劑的特點(diǎn)是：對(duì)陰極電位僅有微小的影響，并能夠顯著地減小鎳沉積層的晶粒尺寸，使鍍層出現(xiàn)一定程度的光亮性，但不能使鍍層全光亮，能夠使鍍層產(chǎn)生壓應(yīng)力，而抵消基體對(duì)鍍層通常產(chǎn)生的張應(yīng)力，進(jìn)而降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力，使鍍層富有韌性和延展性。次級(jí)光亮劑對(duì)鍍鎳過程的電極電位有顯著的影響，其本身就能產(chǎn)生光亮的沉積層，但鍍層多數(shù)都是脆性并且有張應(yīng)力，其作用主要是與初級(jí)光亮劑配合

11、使用時(shí)能使光亮范圍變寬。過多的加人兩種添加劑，不但不能改善鍍層質(zhì)量，其分解產(chǎn)物勢(shì)必夾帶在鍍層當(dāng)中，對(duì)鍍層的機(jī)械性能產(chǎn)生不良影響。 目前在國(guó)內(nèi)大多數(shù)電鍍生產(chǎn)廠家對(duì)有機(jī)添加劑含量沒有準(zhǔn)確的分析方法，一般采用赫爾槽試驗(yàn)，靠經(jīng)驗(yàn)觀察鍍層中有機(jī)添加劑的含量，常常因?yàn)槿藶橐蛩卦斐商砑觿┭a(bǔ)充不當(dāng)，即而影響鍍層質(zhì)量。為了避免人為因素造成添加劑補(bǔ)充不當(dāng)，我們利用旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)圓盤電極圓盤電極對(duì)鎳鍍液中添加劑進(jìn)行了定量分析。 測(cè)電鍍平整能力測(cè)電鍍平整能力評(píng)價(jià)此能力可采用電化學(xué)方法，即采用轉(zhuǎn)盤電極，用不同轉(zhuǎn)速來模擬微觀不平整面上的峰與谷，并在相同的電流密度下沉積一定時(shí)間，并測(cè)定控電位掃描陽極溶出的電量，從而計(jì)算整平能力。

12、整平能力表征金屬鍍層填平微觀粗糙表面上凹坑的能力，鍍液的整平作用是由于整平添加劑擴(kuò)散所致，電鍍生產(chǎn)中常采用整平劑來提高鍍液的整平能力，獲得全光亮鍍層。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)鍍液中添加劑，要利用線性掃描方法，當(dāng)電位從平衡電位開始向陽極方向線性掃描時(shí)，其電流逐漸增大，通過極大值后開始下降。峰值前，過電位的變化起主要作用。峰值后，反應(yīng)物的流量起主導(dǎo)作用。利用三角波電位的掃描可測(cè)定鍍鎳液整平劑的作用機(jī)理及濃度。在電沉積過程中，整平劑分子在陰極上吸附，并阻止金屬離子放電。與此同時(shí)，整平劑也因發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)或被埋人鍍層內(nèi)而不斷消耗，其消耗速度受其本身的擴(kuò)散步驟控制。改變旋轉(zhuǎn)鉑盤電極的轉(zhuǎn)速以控制擴(kuò)散流量，

13、即而控制整平劑的傳遞速度。在恒定的電流密度（I）下，陰極沉積時(shí)間 t ，通過的電量Q陰 =It ，隨后控電位陽極掃描，直至陽極電流經(jīng)峰值后下降至接近零為止，此時(shí)可以認(rèn)為陰極沉積物已全部陽極溶出。 I 與 t 的關(guān)系如圖 1 所示。即為測(cè)量陽極峰面積得出沉積鎳溶出電量Q陽，于是Q陽/Q陰表示鎳沉積的電流效率。其數(shù)值與鍍液中整平劑的濃度和鉑盤電極轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)電極轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，在整平劑濃度不同的鍍液中按上述方法測(cè)定Q陽值，作出Q陽C整工作曲線。 旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)鍍液中添加劑旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)鍍液中添加劑在一系列整平劑濃度已知的標(biāo)準(zhǔn)液在一系列整平劑濃度已知的標(biāo)準(zhǔn)液中，鉑盤電極轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)出相應(yīng)的中，鉑盤電極轉(zhuǎn)動(dòng)

14、時(shí)，測(cè)出相應(yīng)的陰極溶出電量。陰極溶出電量。對(duì)應(yīng)已知的整平劑濃度，測(cè)出溶出對(duì)應(yīng)已知的整平劑濃度，測(cè)出溶出電量，對(duì)照工作曲線，找出相應(yīng)的電量，對(duì)照工作曲線，找出相應(yīng)的溶出電量，即而對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線找出溶出電量，即而對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線找出相應(yīng)的濃度值。相應(yīng)的濃度值。圖圖2 2為為Q Q1 1與與含丁炔二醇鎳鍍液中糖精含丁炔二醇鎳鍍液中糖精濃度濃度C C糖糖的的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線標(biāo)準(zhǔn)工作曲線關(guān)系圖。關(guān)系圖。實(shí)驗(yàn)證明，作出標(biāo)準(zhǔn)工作液糖精濃度的工作曲線作參照，可定量實(shí)驗(yàn)證明，作出標(biāo)準(zhǔn)工作液糖精濃度的工作曲線作參照，可定量測(cè)定實(shí)際工作液的糖精濃度，從而有效地控制實(shí)際電鍍液的糖精測(cè)定實(shí)際工作液的糖精濃度，從而有效地控制實(shí)際電

15、鍍液的糖精濃度。濃度。 電鍍金剛石滾輪標(biāo)準(zhǔn)硫酸鎳鍍液中電鍍金剛石滾輪標(biāo)準(zhǔn)硫酸鎳鍍液中 1.41.4一丁炔二醇的分析一丁炔二醇的分析 在含量不同的 1.4 一丁炔二醇的硫酸鹽鍍液中，在鉑盤電極上，以 0.75A/dm2的電流密度陰極沉積三分鐘。由陽極溶出量 Qs 和 Qr 作出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測(cè)試在生產(chǎn)過程中工作液中1.4 一丁炔二醇的含量，如圖4通過實(shí)驗(yàn)可知無論是初級(jí)光亮劑，還是次級(jí)光亮劑，它們的消耗量是有規(guī)律可循的。只要我們嚴(yán)格控制溫度和pH值，可根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)電鍍液的添加劑嚴(yán)格控制，從而提高電鍍金剛石滾輪鍍層的機(jī)械性能，保證金剛石滾輪的精度。二、判明電極反應(yīng)的控制步驟二、判明電極反應(yīng)的控制步驟由 i 1/2 判斷控制步驟（1）直線過原點(diǎn)：擴(kuò)散控制（2）直線不過原點(diǎn)：混合控制（3）電流與轉(zhuǎn)速無關(guān)：電化學(xué)步驟控制i1/2i1/