[發明專利]一種測量液液界面電荷密度的方法及裝置

在審

• 申請號: 202111448254.6
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114216950A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 王沫然;黃云帆;劉凡犁
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 劉凱強;張奎燕

1.一種測量液液界面電荷密度的方法，包括：

1)確定第一液體和第二液體，所述第一液體和第二液體不互溶；

2)通過壓力差驅動所述第一液體和第二液體流道中并排流動，控制兩種液體之間的流道壓降比與流體動力粘度比近似相同；

所述流道壓降比為第一液體在流道流動時流道兩端的壓降與第二液體在流道流動時流道兩端的壓降的比值；

3)在確保所述流道壓降比與流體動力粘度比近似相同的情況下，測量不同壓降下的所述第一液體在流道中的電勢降，并改變壓降條件多次重復實驗，獲得所述第一液體的壓降和電勢降的多組數據；

4)以所述第一液體的壓降為橫坐標、電勢降為縱坐標建立曲線，通過擬合成一次函數，獲得斜率α，將所述斜率α帶入公式(1)中，即得所述兩種液體之間的液液界面電荷密度Q：

式(1)中，Q為所述兩種液體之間的液液界面電荷密度，C·m^-2；μ為所述第一液體的動力粘度，Pa·s；λ為所述兩種液體界面處的雙電層近似厚度即德拜長度，m；σ₀為所述第一液體的體電導率，S·m^-1；H為流道高度，m。

2.根據權利要求1所述的測量液液界面電荷密度的方法，其中，所述兩種液體界面處的雙電層近似厚度λ，通過公式(2)計算得出：

式(2)中，ε為所述第一液體的絕對介電常數，F·m^-1；k_B為玻爾茲曼常數；T為實驗溫度，K；e為元電荷；為所述第一液體中第i種電解質離子的摩爾濃度，mol·m^-3；z_i為所述第一液體中第i種電解質離子的電荷數。

3.根據權利要求1所述的測量液液界面電荷密度的方法，其中，避免氣體溶解入所述第一液體和所述第二液體中。

4.根據權利要求1或2所述的測量液液界面電荷密度的方法，其中，避免流道材料與液體之間的帶電影響流動電勢。

5.根據權利要求1或2所述的測量液液界面電荷密度的方法，其中，步驟2)中，在流道中第一液體和所述第二液體之間的液液界面為平直形狀。

6.權利要求5所述的測量液液界面電荷密度的方法，其中，所述第一液體和所述第二液體界面浮動量不超過流道總寬度的10％。

7.一種用于測量液液界面電荷密度的裝置，其特征在于，包括流道，所述流道為H型，H型流道包括一個用于流通第一液體的第一流道和用于流通第二液體的第二流道，所述第一流道和第二流道平行；

所述第一流道和第二流道中間部分或全部連通。

8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一液體儲罐和第二液體儲罐，所述第一液體儲罐的數量可以為兩個，一個連接第一流道的上游端，另一個連接第一流道的下游端；所述第二液體儲罐的數量可以為兩個，一個連接第二流道的上游端，另一個連接第二流道的下游端。

9.一種用于測量液液界面電荷密度的系統，所述系統包括壓力測量系統和電勢測量系統和所述權利要求7或8中所述的裝置；

所述壓力測量系統被配置成測量所述第一液體和/或所述第二液體在流過所述裝置前和所述裝置后的壓力；

所述電勢測量系統被配置成測量所述第一液體和/或所述第二液體的在流過所述裝置前和所述裝置后的電勢。

10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述系統還包括保護氣系統，所述保護氣系統被配置成替換所述系統內的氣體為保護氣；

可選地，所述保護氣選自惰性氣體、氮氣和二氧化碳中的任意一種或更多種。