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回复:水滴发电与接触带电的机理之争

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这张图指的是两个金属分离的时候,电容和电阻的随距离变化的示意图。根据电容的决定式,电容和距离z的一次方成反比。因此电容随着距离z的增加而(相对)缓慢地降低。然而,电阻随着距离的增加先缓慢升高,到达某一距离Z0后陡然上升。这是电阻增大使得空气不再能被击穿的距离。而之前的低电阻其实是被击穿空气的电阻,而之后的高电阻则是原本空气的电阻。
如果视两金属间的电势差不变(均为表面能级之差),则两金属分离后,最后剩下的电荷量,则为距离Z0下的电容C0,与两金属间表面能级之差△phi的乘积:
Q=C0*△phi


IP属地:北京来自Android客户端16楼2020-05-28 20:26
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    补上图,△phi=phiA-phiB


    IP属地:北京来自Android客户端17楼2020-05-28 20:28
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      因此,在金属表面电位区别不太小的情况下,表面带电的多少主要由放电决定,而不是充电决定。


      IP属地:北京来自Android客户端18楼2020-05-29 13:05
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        电子转移理论有一些实验数据做支撑,尤其是在金属-金属接触带电方面我觉得电子转移可以完美解释实验现象。
        如图为各个金属与Cr单质接触带电的电量,与各金属与Cr的表面电势差的关系。大家可以发现,电负性大的金属(通常就是表面电位低的金属)带较多负电,电负性较小的金属带较少负电。


        IP属地:北京来自Android客户端19楼2020-05-29 13:10
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          第二个有力证据就是表面电荷还原反应。众所周知,如果表面带负电的原因是表面上多了一些电子,那这个富电子的表面肯定是具有给电子的能力,也就是还原性的。但是如果静电是来源于离子转移,比如吸附了一层氯离子,那么这样的负电表面是不会具有还原性的。
          Bard等将PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PE(聚乙烯)接触带电。先前实验表明PMMA会带上负电。然后用将带负电的PMMA插入硫酸铜溶液中,如此反复,蓝色的硫酸铜溶液变透明了,并且PMMA表面附着了一层铜。


          IP属地:北京来自Android客户端20楼2020-05-29 13:14
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            在另一篇文章里,Bard用PTFE和PMMA接触带电(此时PTFE带负电。很神奇,非常惰性的PTFE居然是接触带电中始终带负电、带最多负电的)。然后用带负电的PTFE还原硫酸铜。Bard还对PTFR表面的红色沉淀做了分析(这是什么分析XPS吗),发现表面确有铜单质沉淀。


            IP属地:北京来自Android客户端21楼2020-05-29 13:27
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              Bard还用PMMA与PE摩擦使得PMMA带上负电。然后将PMMA放入如图所示的体系中。如果PMMA上有电子且可以将三价Ru还原为二价Pu,那么在这个体系中会出现如下反应然后发光。事实证明确实出现了化学发光的现象,又证明PMMA表面的负电荷是电子转移而不是离子转移导致的。
              话说有这么多用电子还原的文章,我还暂时没看见用空穴氧化的。(如果接触带电是电子转移,则一方获得电子而另一方留下空穴)不知道在做诸位有没有人有兴趣搜索或研究一下


              IP属地:北京来自Android客户端22楼2020-05-29 13:33
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                这是Bard的一篇2008年的Nature Material(同一领域居然发了这么多好文章),分析方法变成了循环伏安法。如图所示,溶液中一开始只有三价铁。所以进行循环伏安测试时,在高电压下是没有电流的(上面那根伏安曲线。无法继续氧化三价铁了,所以没有电流)。但是将PTFE与PE摩擦,并将带负电的PTFE伸入这杯氰化铁(III)溶液中,然后再做循环伏安图,则在高电势下有电流了。说明产生了可被氧化的物质。


                IP属地:北京来自Android客户端23楼2020-05-29 13:44
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                  电子转移说的支持者们经过了大量的实验,把不同物质的表面电势排了个序。众所周知金属的表面电势好理解,和他们的电负性成正比。可是非金属的表面电势为什么是这个值呢?为什么PTFE这么惰性的东西拥有如此低的表面电势?(图里没有)感觉这还是一个值得研究的问题。


                  IP属地:北京来自Android客户端24楼2020-05-29 13:49
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                    与电子转移说针锋相对的观点,是离子转移说。离子转移说的观点如图右所示,而电子转移说的观点如图左所示。
                    离子转移说认为,接触带电是由于表面上拥有或吸附的离子,在两个界面间不均匀分布导致的。


                    IP属地:北京来自Android客户端25楼2020-05-29 14:02
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                      离子迁移理论解释得最好的,是聚电解质的接触带电。如图,如果阴离子是大分子而阳离子是小分子,则与它物(包括水和非聚电解质)接触后,会带正电;而如果阳离子是大分子而阴离子是易于扩散的小分子,则接触带电通常带负电。


                      IP属地:北京来自Android客户端26楼2020-05-29 14:50
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                        离子迁移论者说,当两个界面靠近的时候,表面上易于扩散的小分子离子会在两个界面上分布。当界面分离时,离子会留在两个表面上。类似于电子,离子也会击穿空气而从高能表面回到低能表面。但是当距离增大到无法击穿时,剩余的电荷就永久性留在表面上了。



                        IP属地:北京来自Android客户端27楼2020-05-29 14:54
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                          把如图这个聚电解质做成球形,再与其它物质(我忘了是啥回去看看)接触。带电量与半径的一次方成正比。说明放电(半径越小、越尖,越容易放电。放电剩余量与半径一次方成正比。至于为什么是一次方,我也不知道)而不是接触面积(如果是接触面积决定,应该和r的二次方成正比)是决定带电量的决定性因素。
                          不过这个图用作说明电子转移的带电量由放电决定也没什么违和感 。。。


                          IP属地:北京来自Android客户端28楼2020-05-29 15:00
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                            对于聚电解质而言,离子转移中“离子哪来的”这个问题很好解释。但是对于那些不含离子的物质,比如PMMA、PTFE、PE以及广大金属等,离子是哪来的呢?离子转移说认为,离子可能是由表面的污染物来,也有可能是表面的吸附水中的氢离子和氢氧根作为离子。
                            如图为水中的氢离子和氢氧根在不同表面上亲和趋势不同,导致离子迁移,导致接触带电的示意图。


                            IP属地:北京来自Android客户端29楼2020-05-29 15:10
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                              没看懂


                              IP属地:内蒙古31楼2020-05-29 18:09
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