CN101782546A

CN101782546A - 水分子探测技术应用

Info

Publication number: CN101782546A
Application number: CN200910010137A
Authority: CN
Inventors: 唐万福
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-21

Abstract

水分子电子探测技术应用。石墨标准电极(①)和金属电极(②)与水分子(③)接触，在接触面存在金属氧化和电子平衡而产生电子移动，这种电子移动形成电流。电流大小在特定范围内和水分子数量变化成正比，和温度成正比，和电极得电子能力差成正比。利用这项技术能够检测水电子数量变化、检测电极表面电子数量变化、能量转化。制作水含量探测器、金属探测器、石墨太阳能电池、石墨热能回收电池、生物体内电池。是一种简单的直接精确测量物质含水量、能量转换、热能回收技术。

Description

水分子探测技术应用

本发明是利用电极与水直接接触，金属电极吸收水接触面电子的技术应用。

水是一种特殊物质，相对其他物质来说具有特殊的物理、化学性质，因此水被自然界生物以及人工广泛应用。水中电子很容易被金属氧化反应置换而形成电流，基于这种原理，人们已经发明了各种电池技术、电镀技术、电解技术。水是维持生命的基本能量载体。充分理解水的特殊性质是人们探索生命科学、研究物态世界基础。能够利用水分子中的电子进行含水量探测以及能量转换，具有一定科研价值。使用这种探测技术能够制造空气湿度探测器、含水量探测器、金属探测器、石墨太阳能电池、金属氧化电池、生物体内电池等。在农业、工业、能源领域具有一定应用价值。

经过实验发现，水本身能够使金属表面氧化和电子平衡，在金属两极产生电子转移形成电流。不同活性金属氧化产生的电压值不同。如果使用石墨作为正极，活性金属电极最高可以产生1.5V电压。如果改变水和电极接触分子量，电压将产生明显变化，这种变化和水分子数量变化成正比；和环境温度成正比；和电极得电子能力差成正比；和水中离子含量成正比；在固定范围内是均匀线性变化的。根据这个发现，本人发明了此项技术的典型应用，湿度探测探头、含水量探头、水电池。可以广泛应用在自动控制以及替代能源、生物芯片等应用领域。经互连网络信息检索，未见国内、国际上关于水分子电子测量技术理论文献以及相关专利，只检索到以色列发现某金属吸附电子改变颜色探测水分子新闻报道。

通常广泛应用的湿度探测方法以及水的定量探测方法是通过多种间接方式实现，存在技术复杂、测试结果不稳定、设备成本高、测量分辨精度低等诸多问题。传统测量误差2％以上。通过水分子间电子在和导体接触面产生的电子转移形成电流计量，能够简单而准确的测算空气中的水分子含量以及非水物质含水量。通常能够直接测得0.001至1.5V的直接电位变化。能够做到千分之一的精度。通过外围电路很容易获得0-10V的线型电压，直接应用在自动控制系统的模拟输入端。也可以制作成开关信号驱动报警输入端作为报警信号。探测探头反映时间短精度高，是当前电阻、电容、温度对比、电解、露点等技术探头精度20倍以上。并且测量实施简单、探头成本低廉，具有非常强的优势。

图1是湿度探头原理图。湿度探测探头结构非常简单，由两个导体探针组成，石墨探针(图1①)锡金属探针(图1②)，两个探针相对排布，石墨探针(图1①)为探头正极，锡金属探针(图1②)为探头负极。作为气体湿度探测器时，两个探针中间为多孔亲水植物纤维(图1③)，通过植物纤维吸附气体水分子和探针接触面产生电子转移，水分子量变化直接表现为电子转移量变化，形成电压变化，实现气体水分含量测量。环境电磁波、空气中其他微粒子以及地球磁场对测量结果影响都在千分之一以下，可以忽略。更高精度要求时，在电极上施加外接同相电压保护电极减少氧化衰减。在变送器中做温度补偿和氧化补偿。

图2是含水量探头原理图。含水量探测探头由两个导体探针组成，石墨探针(图1①)铝金属探针(图1②)，两个探针相对排布，石墨探针(图1①)为探头正极，铝金属探针(图1②)为探头负极，通过插入或接触被测物质(图2③)接触水分子，水分子和探针产生电子转移，水分子的量变化直接表现为电子转移量变化，形成电压变化，实现被测物质水分含量测量。饱和值为1.5V，即含水量99％。

图3是水电池原理图。石墨片状结构(图3①)和铝金属片(图3②)中间夹含水介质(图3③)组成，石墨层和铝金属层相对排布组成一个电池单元。每个电池单元产生电压1.5V，每10个组成15V电池组，也可以其他方式串并为需要的电压、电流组合。石墨层引线为正极，铝金属层引线为负极。单元组合适用正负串联、正-正、负-负并联。电池电流大小可以使用层面积大小以及含水介质含水多少进行调整。水电池是只与水中离子产生反应，不添加其他化合物离子，使用以及制造污染都小于其他电池。通过更换无害的电极材料可以制造生物体内电池。

将石墨层对着太阳，就是太阳能金属电池。利用石墨的黑色吸光特性吸收太阳光能量，提高金属层电子交换速度，可以获得额外太阳能。在北纬37度地区冬季正午光照测得电池反应电流提高了30％。

将石墨层和热源接触，就是热能回收金属电池。利用石墨导热性能，提高金属层电子交换速度以及水分子能量，使氧化反应获得额外能量。提高这种电池转换效率。

导体与水直接接触，导体吸收水接触面电子的技术不但应用到水分子探测、水电池制造上，还能用这种技术设计制造仿生探测器、生物芯片、吸收雷达波的隐行飞行器、飞船穿越大气层的高温防护层。能够帮助人们创造更先进的交通工具、寻找替代能源。这项技术具有一定的推广价值。

Claims

1.利用电极与水分子直接接触，金属电极吸收水接触面电子进行测量、热能转换的技术应用。

2.根据权利1要求，在水含量测量时，使用石墨作为测量标准正电极，金属作为负极，也可以使用其他材料电极作为测量标准正极，负极可以采用铝、锡、铁等金属或合金，只是标准电压不同、氧化衰减周期不同。

3.根据权利1要求，测量电极可以是针状，也可以是片状、卷状、条状、块状、板状，根据被测物质特点以及环境要求可以制作不同形状探测探头。适应气体含水量探测、液体含水量探测、固态含水量探测、混合物质含水量探测。

4.根据权利1要求，使用标准介质和其中一个已知标准电极，利用可拟推算方法，可以探测另一电极材料元素，制造金属识别器、探矿器、含金量探测器；以及车、船、飞机、桥梁、管道等金属结构物锈蚀探测器，监测氧化反应产生电流大小，判断防护层缺损情况。

5.石墨作为正极，金属作为负极，水作为介质的太阳能金属电池或热能回收金属电池。

6.使用生物体内或体表液体作为介质、不同活性无害金属做电极的生物电池技术。是生物体内供电、神经控制以及制造生物芯片可靠的基础技术。是在外加电场以及磁场控制下，实现体内物质受控运载运动的能量来源。

7.测量电极中金属物质氧化直接影响测量探头衰减以及使用寿命，特别是空气湿度探测时，金属表面氧化层没有及时清理将影响探测精度。所以检测取样时间以外使用外加电压保护金属电极，阻止电子交换而阻止氧化。