旋轉圓盤電極2

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

2、電極（rotating disk electroderotating disk electrode，RDERDE），簡稱旋盤電極，還叫轉盤電極。），簡稱旋盤電極，還叫轉盤電極。還有基于這種電極進一步改進了的旋轉圓環(huán)電極等，可以測量更為復雜還有基于這種電極進一步改進了的旋轉圓環(huán)電極等，可以測量更為復雜的電極過程的電化學參數(shù)。的電極過程的電化學參數(shù)。為什么使用旋轉圓盤電極？為什么使用旋轉圓盤電極？旋轉圓盤電極比靜止電極有以下優(yōu)點：旋轉圓盤電極比靜止電極有以下優(yōu)點：濃差極化穩(wěn)定，極化曲線穩(wěn)定性好，可以測量比較迅速的電化學反應。所以測量旋轉圓盤電極的極化曲線，尤其在測定擴散系數(shù)、反應得失電子數(shù)、反應物

3、濃度、電鍍添加劑的整平作用和電極反應動力學參數(shù)等方面有廣泛的應用。RDE 法的原理旋轉圓盤電極旋轉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。當電極經(jīng)馬達帶動以一定速度旋轉時，在電極附近的液體必定會發(fā)生流動，在一定條件下，旋轉圓盤電極旋轉圓盤電極附近的液體處于層流狀態(tài)時，液體的流動可以分解成三個方向： 1由于電極旋轉而產(chǎn)生的離心力，使流體在徑向以v徑速度向外流動； 2由于流體的粘滯性，在圓盤電極的平面以一定角速度轉動時，流體就要以v切速度向圓盤切向方向流動； 3由于電極附近流體向外流動，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的液體以v軸速度向

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

5、電原性物質的擴散系數(shù)，Cm2/秒：溶液的動力粘度，Cm2/秒：旋轉速度，轉速/秒儀器的線路結構旋轉圓盤電極的基本理論對儀器的要求是： 1、由于擴散層厚度是一個可控制的量，它是通過改變來實現(xiàn)的，因此，儀器需可調整電極的轉速。 2、測速裝置，通過光電轉換，將電極的每分鐘轉速變?yōu)殡娦盘栐俳?jīng)過邏輯控制，計數(shù)電路，以準確的顯示每分鐘的轉數(shù)。旋轉圓盤電極結構 1. 圓盤電極與垂直她的轉軸同心具有很好的軸對稱。 2圓盤電極周圍的絕緣層有一定的相對厚度可以忽略流體動力學上的邊緣效應。 3電極表面的粗糙度應小于擴散層厚度。 4電極轉速適當。太慢（1弧度/秒）時自然對流有干擾作用，太快時會出現(xiàn)湍流。 圖5.9表示

6、旋轉圓盤電極的結構。 為簡化數(shù)學處理并能獲得均勻的擴散厚度和電流分布要求在旋轉時圓盤電極附近的液體流動滿足層流（不出現(xiàn)“湍流”）的條件。為此從流體動力學考慮整個電極裝置的設計做到以下幾點：旋轉圓盤電極的裝置ATA-1B型旋轉圓盤電極型旋轉圓盤電極旋轉圓盤電極的裝置nATA-1B型旋轉圓盤電極主要由驅動，傳動電極頭幾部分組成，其外形和主要結構可參見結構示意圖。n旋轉圓盤電極由裝在上部的電機驅動，電機與主軸之間用磁性聯(lián)軸器實現(xiàn)無接觸傳動。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)系設有電刷能達到要求（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、接好測量線路，打開電化學工作站，設參數(shù)，測定研究電極在靜止時的電位。 4、調節(jié)最初轉速為1000 轉分，測定電極旋轉時的平衡電位，并調節(jié)恒電位儀的內給定，使總給定的電位變化在 平600mV 內。 5、當總給定電位處于最大(或最小)時，使電極極化，設置參數(shù)，測半個周期的極化曲線。 6、改變電極的旋轉速度，每次增加500 轉，重復步驟5，可以得到一

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

9、氣體上逸以保護軸承。 5、所用的交流電源應有可靠的接地線。 6、在電機開關置于“關”的位置，方可啟、閉電源開關。旋轉圓盤電極的應用其一其一其二其二金剛石修整滾輪金剛石修整滾輪一、利用旋轉圓盤電極測定電鍍金剛石滾輪鎳鍍液中的添加劑一、利用旋轉圓盤電極測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、精密加工技術、電鍍技術、金剛石修整技術為一體。而電鍍技術是其重要組成部分，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，尤其對鍍層的機械性能（包

10、括硬度、耐磨性、結合力、脆性和內應力等）有很高的要求。鍍層的脆性和內應力對金剛石滾輪的制造精度、變形量的影響很大，這兩個參數(shù)主要取決于電鍍液中有機添加劑的含量。 鍍鎳光亮添加劑分為初級光亮劑（應力消除劑）和次級光亮劑（整平劑）兩大類。 初級光亮劑的特點是：對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)生壓應力，而抵消基體對鍍層通常產(chǎn)生的張應力，進而降低鍍層的內應力，使鍍層富有韌性和延展性。次級光亮劑對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力，其作用主要是與初級光亮劑配合

11、使用時能使光亮范圍變寬。過多的加人兩種添加劑，不但不能改善鍍層質量，其分解產(chǎn)物勢必夾帶在鍍層當中，對鍍層的機械性能產(chǎn)生不良影響。 目前在國內大多數(shù)電鍍生產(chǎn)廠家對有機添加劑含量沒有準確的分析方法，一般采用赫爾槽試驗，靠經(jīng)驗觀察鍍層中有機添加劑的含量，常常因為人為因素造成添加劑補充不當，即而影響鍍層質量。為了避免人為因素造成添加劑補充不當，我們利用旋轉旋轉圓盤電極圓盤電極對鎳鍍液中添加劑進行了定量分析。 測電鍍平整能力測電鍍平整能力評價此能力可采用電化學方法，即采用轉盤電極，用不同轉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間，并測定控電位掃描陽極溶出的電量，從而計算整平能力。

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。 對于旋轉圓盤電極測鍍液中添加劑，要利用線性掃描方法，當電位從平衡電位開始向陽極方向線性掃描時，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，反應物的流量起主導作用。利用三角波電位的掃描可測定鍍鎳液整平劑的作用機理及濃度。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，整平劑也因發(fā)生電化學還原反應或被埋人鍍層內而不斷消耗，其消耗速度受其本身的擴散步驟控制。改變旋轉鉑盤電極的轉速以控制擴散流量，

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，此時可以認為陰極沉積物已全部陽極溶出。 I 與 t 的關系如圖 1 所示。即為測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速有關，當電極轉速恒定時，在整平劑濃度不同的鍍液中按上述方法測定Q陽值，作出Q陽C整工作曲線。 旋轉圓盤電極測鍍液中添加劑旋轉圓盤電極測鍍液中添加劑在一系列整平劑濃度已知的標準液在一系列整平劑濃度已知的標準液中，鉑盤電極轉動時，測出相應的中，鉑盤電極轉動

14、時，測出相應的陰極溶出電量。陰極溶出電量。對應已知的整平劑濃度，測出溶出對應已知的整平劑濃度，測出溶出電量，對照工作曲線，找出相應的電量，對照工作曲線，找出相應的溶出電量，即而對照標準曲線找出溶出電量，即而對照標準曲線找出相應的濃度值。相應的濃度值。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糖糖的的標準工作曲線標準工作曲線關系圖。關系圖。實驗證明，作出標準工作液糖精濃度的工作曲線作參照，可定量實驗證明，作出標準工作液糖精濃度的工作曲線作參照，可定量測定實際工作液的糖精濃度，從而有效地控制實際電鍍液的糖精測定實際工作液的糖精濃度，從而有效地控制實際電

15、鍍液的糖精濃度。濃度。 電鍍金剛石滾輪標準硫酸鎳鍍液中電鍍金剛石滾輪標準硫酸鎳鍍液中 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 作出標準工作曲線。根據(jù)標準工作曲線測試在生產(chǎn)過程中工作液中1.4 一丁炔二醇的含量，如圖4通過實驗可知無論是初級光亮劑，還是次級光亮劑，它們的消耗量是有規(guī)律可循的。只要我們嚴格控制溫度和pH值，可根據(jù)測試的數(shù)據(jù)對電鍍液的添加劑嚴格控制，從而提高電鍍金剛石滾輪鍍層的機械性能，保證金剛石滾輪的精度。二、判明電極反應的控制步驟二、判明電極反應的控制步驟由 i 1/2 判斷控制步驟（1）直線過原點：擴散控制（2）直線不過原點：混合控制（3）電流與轉速無關：電化學步驟控制i1/2i1/