[发明专利]一种电沉积流体动力学检测装置

说明书

本发明公开了一种电沉积流体动力学检测装置，包括升降旋转控制装置、底座和固定于底座上的电解槽，电解槽中设置有圆盘阳极、磁场分布块和圆盘阴极，在圆盘阴极上固接有旋转轴，该旋转轴与升降旋转控制装置的输出轴同轴连接；圆盘阳极置于电解槽的底端面上，通过螺杆固定于底座上，该螺杆的轴线与所述圆盘阳极的轴线重合；磁场分布块位于圆盘阳极和圆盘阴极之间，所述电解槽的轴线、磁场分布块纵向方向上的中心线、旋转轴的轴线、圆盘阳极的轴线和圆盘阴极的轴线相重合；所述的底座、电解槽、磁场分布块采用绝缘材料制作而成。采用本发明所述装置，经单次测试即可满足在较大流体动力学范围内的流体传质和电场分布的耦合作用测试。

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体涉及一种电沉积流体动力学检测装置。

背景技术

电沉积电极反应的步骤包括液相中的传质过程，电化学过程和变面转化过程，其中液相中的传质步骤进行比较缓慢，因此常形成控制整个电极反应速度的限制性步骤，这一步骤的提高，可以提高生产效率，增大设备的生产能力。根据测算，在反应粒子浓度为1mol/L时，电极反应的最高电流密度可能达到10⁵A/cm²，然而，目前生产电流密度只能达到几安/厘米²，两者相差5个数量级以上，表明电极变面的反应潜力还远远没有被充分挖掘出来，研究流体动力学对电沉积过程的影响有利于充分挖掘电极反应的潜力。

物质传递和电流密度受控于电化学活性物质，而电化学活性物质的运动是按照流体动力学规律进行的。其中，流体动力学液相传质过程的基本步骤包括：

1)对流传质：物质的粒子随着流动的液体而移动。引起对流的原因可能为液体各部分之间存在由于浓差或温差所引起的密度差引起(自然对流)，也可能是外加的搅拌作用(强制对流)。

2)扩散：溶液中对某一组分存在着浓度梯度，此时，即使在静止液体中也会发生该组分自高浓度处向低浓度出转移的现象。

3)电迁移：由于液相中存在电场而引起的电迁传质过程。

为了研究电极动力学，科研人员设计发明了诸多的设备，提出了许多颇具创新的想法。如：

1939年，Hull根据阴阳极极距不同会引起电流密度的分布不均匀发明了Hull槽，广泛用于电解液的分析和电沉积的工艺测试，但Hull槽的阴阳极位置固定，不能满足涉及流体动力学方面的测试。

为了研究电极表面能与动力学研究方面，Levich根据流体动力学原理首次提出RDE(rotating disk electrode)理论，目前涉及到电极传质等方面的测试设备主要采用的是旋转圆盘电极(RDE)和基于RDE改进的旋转圆环电极。RDE一般采用直径为5mm玻碳电极，减小的电极面积为液相传质和电极极化测试提供了优势，同时也极大减弱了RDE在阴极电流分布方面的测试能力。

为了研究阴极电流分布和流体动力学的相互作用，Graham和Pinkerton在RDE的基础上结合Hull槽，改进发明了RCH(rotating cylinder Hull)，用于研究液相传质和电流密度分布问题。该装置采用一个竖直等直径的圆筒，通过一定的电场导向和分布，实现了对阴极表面电流分布和流体动力学耦合作用的测试。即在相同的电流强度下，采用不同的转速来完成测试工作，该设备的工作特点是，每一次测试只能对应一种流体动力条件，在遇到需要在较大范围能进行比较或者初期流体工况测试摸索时，试验量大而繁琐，因为RCH采用等直径圆筒，当圆筒以固定速度旋转时，其电极表面的流体动力学参数是一致的。基于此，本申请将提供一种能够满足在较大流体动力学范围内经一次测试即可获得不同数据的检测装置

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种经单次测试即可满足在较大流体动力学范围内的流体传质和电场分布的耦合作用测试的电沉积流体动力学检测装置。

本发明所述的电沉积流体动力学检测装置，包括升降旋转控制装置、底座和固定于底座上的电解槽，其中：