CN105763160B - 一种液态金属振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液态金属振荡装置，涉及电化学技术领域，所述装置包括：石墨、液态金属和电解液，所述石墨和液态金属相接触，且均设于所述电解液中。本发明中通过液态金属和电解液实现振荡，无需使用带有毒性的原材料，能够保障实验人员的安全性，并且提供了一种新的振荡机制，能够将其应用于生物仿生学或化学等方面的研究，还可用于制作电子电路，如振荡电路、开关电路等。

Description

一种液态金属振荡装置
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，特别涉及一种液态金属振荡装置。
背景技术
化学振荡是一种广泛存在于化学、生物学等领域的非平衡现象，最初发现电化学-机械振荡的德国化学家Lippmann，在1873年做过一个著名的“汞心脏”(Beating MercuryHeart)实验，在盛有重铬酸钾(K2Cr2O7)和稀硫酸(H2SO4)的培养皿中放入汞珠，然后将铁丝靠近汞表面，汞珠就如心脏一般跳动起来(参照向晓明和张斌的《化学振荡及其应用》西北民族学院学报，2002，23(46):14-18)。
其原理解释为：在未放入铁丝时，汞珠表面由于重铬酸钾的强氧化作用而在表面生成了一层氧化膜，使汞的表面张力变小，形状扁平。在铁丝接触汞珠时，氧化膜被还原，汞的表面张力恢复，重新变为圆球形。汞心脏实验虽经一个多世纪的研究改进，在装置上仍未脱离原来的反应模式，只是用具有类似性质的反应物来加以替代，如将铁丝换为铝丝，重铬酸钾换为强氧化的高锰酸钾(KMNO4)或双氧水(H2O2)等(M.Najdoski,V.Mirceski,V.M.Petrusevski,S.Demiri.Mercury beating heart:Modifications to the classicaldemonstration.J.Chem.Educ.2007,84(8):1292-1295和E.Ramirez-Alvarez,J.L.Ocampo-Espindola,F.Montoya,F.Yousif,F.Vazquez,M.Rivera.Extensive study of shape andsurface structure formation in the mercury beating heartsystem.J.Phys.Chem.A,2014,118(45):10673-10678)。
但以上汞心脏实验中所使用的汞和重铬酸钾，又或是高锰酸钾或双氧水等原材料均带有毒性，导致实验人员的安全性无法得到保障。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种液态金属振荡装置。
依据本发明的一个方面，提供了一种液态金属振荡装置，所述装置包括：石墨、液态金属和电解液，所述石墨和液态金属相接触，且均设于所述电解液中。
可选地，所述装置还包括：容器，所述容器用于盛放所述电解液。
可选地，所述容器为培养皿。
可选地，所述装置还包括：加热单元，所述加热单元用于对所述电解液进行加热。
可选地，所述液态金属包括镓基合金、铟基合金和铋基合金中的至少一种。
可选地，所述液态金属的熔点低于100℃。
可选地，所述液态金属的质量大于10mg。
可选地，所述电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸和硝酸中的至少一种。
本发明中通过液态金属和电解液实现振荡，无需使用带有毒性的原材料，能够保障实验人员的安全性，并且提供了一种新的振荡机制，能够将其应用于生物仿生学或化学等方面的研究，还可用于制作电子电路，如振荡电路、开关电路等。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的液态金属振荡装置的结构示意图；
图2是图1所示的液态金属振荡装置中液态金属未变形时的截面图；
图3是图2所示的液态金属振荡装置中液态金属变形时的截面图；
图4是本发明一种实施方式的液态金属振荡装置中液态金属未变形时的截面图；
图5是图4所示的液态金属振荡装置中液态金属变形时的截面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面以石墨的侧面和液态金属相接触为例来说明本发明，但不限于本发明的保护范围。图1是本发明一种实施方式的液态金属振荡装置的结构示意图；图2是图1所示的液态金属振荡装置中液态金属未变形时的截面图；参照图1～2，所述装置包括：石墨1、液态金属2和电解液3，所述石墨1的侧面和液态金属2相接触，且均设于所述电解液3中。
参照图3，当液态金属2接触石墨1时，在二者接触的接触面上形成双电层，产生接触电势差，这个电势差使得液态金属2产生电毛细效应，表面张力减小，液态金属2形状扁平；
参照图2，所述液态金属2与石墨1的接触电势差和接触面积变小，而后由于所述液态金属2自身较大的表面张力而复原，如此循环，即产生振荡现象，石墨1与液态金属2之间的电压随时间的变化曲线为锯齿波。
本实施方式中通过液态金属和电解液实现振荡，无需使用带有毒性的原材料，能够保障实验人员的安全性，并且提供了一种新的振荡机制，能够将其应用于生物仿生学或化学等方面的研究，还可用于制作电子电路，如振荡电路、开关电路等。
可理解的是，为便于盛放所述电解液，本实施方式中，所述装置还包括：容器4，所述容器4用于盛放所述电解液。
由于培养皿便于放置所述石墨1和液态金属2，故而本实施方式中，所述容器4为培养皿。
本实施方式中，所述液态金属2包括但不限于镓基合金、铟基合金和铋基合金中的至少一种，当然，还可包括其他金属，本实施方式对此不加以限制。
为保证所述液态金属2处于液态，故而，所述液态金属2通常采用低熔点金属，也就是说，所述液态金属2的熔点低于100℃。
为保证所述液态金属2所产生的振荡效果，本实施方式中，所述液态金属2的质量大于10mg。
为保证所述液态金属2和石墨1的接触面上形成双电层，本实施方式中，所述电解液3包括氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸和硝酸中的至少一种。
在具体实现中，所述液态金属2的质量可为20g，所述液态金属2可为熔点11℃的镓铟锡合金，电解液可为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，可理解的是，由于熔点11℃的镓铟锡合金在常温状态下为液态，故而，无需进行加热即可实现。
由于有些液态金属2的熔点高于常温，为保证该液态金属2处于液态，以实现振荡，本实施方式中，所述装置还包括：加热单元(未示出)，所述加热单元用于对所述电解液3进行加热，从而提高所述电解液3的温度，保证所述液态金属2处于液态。
故而，所述液态金属2的质量还可为50g，所述液态金属2还可为熔点60℃的铋铟锡合金，所述电解液3还可为浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，在开启加热单元后，能够使得电解液3的温度升至70℃，从而使铋铟锡合金变为液态并浸没于电解液3中，且所述铋铟锡合金与所述石墨1的侧面相接触。
图4是本发明一种实施方式的液态金属振荡装置中液态金属未变形时的截面图；参照图4～5，所述装置包括：所述装置包括：石墨1、液态金属2和电解液3，所述石墨1的下表面和液态金属2相接触，且均设于所述电解液3中。
参照图5，当液态金属2接触石墨1时，在二者接触的接触面上形成双电层，产生接触电势差，这个电势差使得液态金属2产生电毛细效应，表面张力减小，液态金属2形状扁平；
参照图4，所述液态金属2与石墨1的接触电势差和接触面积变小，而后由于所述液态金属2自身较大的表面张力而复原，如此循环，即产生振荡现象，石墨1与液态金属2之间的电压随时间的变化曲线为锯齿波。
在具体实现中，所述液态金属为熔点可为15.7℃的镓铟合金，所述电解液为浓度可为0.2mol/L的氢氧化钾溶液，所述液态金属的质量可为40g。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种液态金属振荡装置，其特征在于，所述装置包括：石墨、液态金属和电解液，所述石墨和液态金属相接触，且均设于所述电解液中；其中，所述液态金属包括镓基合金、铟基合金和铋基合金中的至少一种。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：容器，所述容器用于盛放所述电解液。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述容器为培养皿。
4.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：加热单元，所述加热单元用于对所述电解液进行加热。
5.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述液态金属的熔点低于100℃。
6.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述液态金属的质量大于10mg。
7.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸和硝酸中的至少一种。
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