[发明专利]一种基于镓基液态金属的玻璃倾斜开关及制备方法在审

专利信息
申请号: 201910283645.3 申请日: 2019-04-10
公开(公告)号: CN110010403A 公开(公告)日: 2019-07-12
发明(设计)人: 罗鲲 申请(专利权)人: 常州大学
主分类号: H01H29/06 分类号: H01H29/06;H01H29/22;H01H11/00;H01H11/02
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 严晓彪;董建林
地址: 213164 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 液态金属 镓基 倾斜开关 玻璃 表面镀膜处理 玻璃壳 铜电极 内壁 导电性 共晶合金 金属形成 腔内电极 自由活动 玻璃腔 灵敏度 亲和性 粘合性 水银 腔内 制备 合金 腐蚀 响应 替代 保证
【说明书】:

发明公开了一种基于镓基液态金属的玻璃倾斜开关,倾斜开关的外壳为玻璃,腔内的液态金属球为镓基液态金属;且,于玻璃壳内壁和腔内电极分别进行了表面镀膜处理。充分利用了镓基液态金属(合金),即镓和其他金属形成的共晶合金,在室温下呈现液态,具有良好的导电性,替代水银构成玻璃倾斜开关的液态金属球。通过在铜电极导线进行了表面镀膜处理,防止镓基液态金属对铜电极的腐蚀;通过在玻璃壳内壁进行了表面镀膜处理,降低镓基液态金属与玻璃的亲和性,即降低与玻璃接触面的粘合性,提高镓基液态金属(液态金属球)响应的灵敏度;进而使得液态金属球可在玻璃腔内自由活动,并保证了倾斜开关的可持续性工作,具有很强的实用性和广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及一种玻璃倾斜开关,具体涉及一种基于镓基液态金属的玻璃倾斜开关及制备方法,属于位置、倾斜角度以及加速度控制开关技术领域。

背景技术

常温下呈现液态的金属包括汞、铯、钫和镓,其熔点分别为–38.87℃,28.65℃,27℃和 29.8℃。其中,汞的挥发性强,毒性大;铯在空气中极易被氧化,可与水发生剧烈反应;钫则是一种不稳定的放射性元素;只有金属镓对人体无害,是一种安全金属。

随着2017年8月16日《水俣公约》正式生效后,我国已经禁止开采新的原生汞矿;同时,对许多涉汞行业和涉汞产品制订了限制、直至最终停产的时间表。为此,一些基于水银液体金属特性的产品,如温度计、血压计、水银倾斜开关等,急需安全的替代品。

尽管镓在常温下并非为液态,但镓基共晶合金具有更低的熔点。例如,特定组分的镓铟锡合金(熔点-19℃)和镓铟合金(熔点15.6℃)室温下均为液态,且安全无毒,是水银制品的最佳替代物。

德国Geratherm公司成功开发出一款镓基液态合金体温计,已经成功销售到世界60多个国家和地区,并在2016年通过中国国家食品药品监督管理总局审核进入中国市场。国内的一些企业也在开发同类产品。但是,其他水银制品目前还缺少合适的替代商品。

水银开关又称倾侧开关,是电路开关的一种。它由一个小巧的玻璃容器、两根连接容器内外的铜导线和壳内一小滴水银构成,依靠封装在壳内的水银移动,来实现铜导线之间电路的通断;与机械开关相比,水银开关有许多优点:

①、可以在恶劣环境条件下使用。由于水银开关是密封的,内部的水银和外界是隔绝的,因此它可以使用在有油、蒸汽、灰尘及腐蚀性气体的环境中;

②、水银开关体积小,结构简单,形式多样,价格低廉;

③、电极间的接触电阻小,一般小于0.02 Ω,可长期可靠地工作;

④、电极的接点是液态接触,无任何噪声;

⑤、通断所需的外力小,可用于振动的敏感元件,只要加速度达到设定值以上,就可以通或断。

水银倾斜开关广泛应用于国民经济各个领域,包括汽车、大型照明装置、通讯检测设备、工厂自动化控制、集成电器、开关元件、回转仪、水平仪和玩具等。比如,用水银接点汞开关代替了XL系列的行程开关,可以使水电站的蝴蝶阀自动快速关闭闸门,有效地避免操作问题带来的事故。在航天高技术领域方面,俄罗斯研制的微波重力水平开关(水银开关)也被应用于神舟飞船早期型号中,用于控制天线指向。当天线指向与水平面夹角大于 3°时,由微波重力水平开关自动鉴别并接通指向上方的天线,同时断开指向下方的天线。此外,在水平磨床、巷道排水、料位(水位)开关、微加速开关等大量使用。因此,产品需求量大,有广阔的市场空间。

目前,在水银制品受到政策限制的情况下,市场上还没有相关安全的替代产品。

发明内容

为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于镓基液态金属的玻璃倾斜开关,有效替换水银,且制备方法简单,响应灵敏度高。

为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:

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