歆颢美菱格
姓名 班级：1 学号 日期：2015年
实验目的：
1. 掌握霍尔槽的使用
2. 了解霍尔槽的
实验原理：
1. 霍尔槽法计
D K ---电流密
I---霍尔槽使用
L---阴极上某点距阴极
实验仪器级设备：
超声波仪、恒压直流源、电解池、烧杯、导线若干、乙醇、七水硫镍、氯化钠、六水氯化镍、硫
实验步骤：
1、溶液配置
按照所给的镀液配方称量并烧杯中加热搅拌溶解配置1000ml 镀液，然后在浴锅50℃水浴加热
2、电镀
取3张铜片放在杯中庸乙醇浸没，放入超声波仪器除油10min ，开
A. 取赫尔槽清洗干净，以铜片阴，板做阳极安装电镀装置，然后加入水浴的镀液，使镀液的刚好达到赫尔槽250ml 刻度停止加入，开电源，将电流最小逐渐增大至1A ，开始持续电解，并保电流示数稳定。电解10min 后关闭电源，取出片冲洗后晾干，取镀层最好的部，为距离近端6.5--8.5cm 处最佳。在电镀过正中，铜片有气泡产生，且端有大量气向远端，气泡逐渐减少，最远端气泡几乎
B. 将A 过程中镀后的镀液入烧中，并加入0.25g 糖精，充分拌溶解，再次放入水浴锅中使其温达50℃。安装赫尔槽使用加入糖精的镀液，开始电流示数1A 开始电解。解10min 后关闭电源，取出铜片冲洗后晾，选取镀层最好部分，为距离端6.0--8.0cm 处为最佳。实验现象相似，铜上有泡产生，且近有大量气泡远端，气泡逐渐减少，最远端气泡几
C. 将B 过程中镀后的液放烧杯中，并加入0.13g1,4-丁炔二醇，充分搅拌混合均，再次放入水浴锅中使其温度达50℃。安装赫尔槽，使用加入1,4-丁炔二醇，后的镀液，开始电流示数1A 开始电解。电解10min 后关闭电源，取出铜片冲洗后干，选取镀层最的部分，为距离
实验数据及处理：
利用经验公式:DK = I(5.1019-5.2402 lg L) 别求出在对应镀液中最佳的电流密
层区域选取时，从阴极近端到远端的递变区域中部分偏上10mm
本次实验在铜片上镀镍，在整个过程中，达了立完成所有的步骤的学习目的。在实验精度实验设计中，有一定的不足，犹豫经验的不，在次的镀镍中，选取的尔槽电流强度为1A ，就实际镀件上的镀层结果来评价，电流密度稍大，明显的烧焦现象，铜片上的镀层非常容易脱落。其次，在镀面上，由于整个镀的普遍烧焦影，从极近端及远端中最佳镀层区域选取并不准确，导致了计算的最佳电流度跟际最佳电流度相比大。但本次实学会了方法，了改进实验，获取准确电流密度的
金属W在T_1000K以上时场发射电流密度的数值计算
昆 明 学 院 学 报 2009, 31( 3) : 93 , 95 CN 53 - 1211 / G4 ISSN 1674 - 5639 Journa l of Kunm in g Un iversity
金属 W 在 T = 1 000 K以
场 发射电流密度的数值计
1 2 3 1李海雁 ,戴祖诚 ,胥 良 ,王子龙
( 650031; 21明学院 物理科学与技术系 ,云南 昆明 650031; 31昆11昆明学院 计算机与网络技术系 ,云南 昆
)明学院 学报编辑部 ,云南
摘要 :采用数值积分法 ,对热场发射公式在 1 000 K以上温度进行值算 ,给出了拟合计算公式 ,并分别对不 同
下拟合公式与数值算的结果进行比较 ,得出用拟合公
关键词 :金属 W;热场发射 ;值计算 ;拟合公
( ) 中图分类号 : O462. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1674 - 5639 200903 - 0093 - 03
Num er ica l Ca lcula t ion of F ie ld Em iss ion Electr ic Curren t D en sity for M e ta l W above 1 000 K
1 2 3 1L I Hai2yan, DA I Zu2cheng, XU L iang,WANG Zi2long
( 11Computer Departm ent, Kunm ing University, Yunnan Kunm ing 650031, China;
21Physics and Technology Departm ent, Kunm ing University, Yunnan Kunm ing 650031, China;
)31Editorial Departm ent of Journal of Kunm ing University, Yunnan Kunm ing 650031, China Abstract: The rm al field em ission current density above 1 000 K was numerically calculated by means of the the rm al field em ission
theory 1we give out im ita te calculate fo rm ula , the result be tween im ita te fo rm ula calculation and numerical calculation was compared at difference temperature1The result of im ita te fo rm ula calculation ta llies w ith the result of num erical calculation1 Key words: metal W; the rm al2fie ld em ission; num erical calculation; im ita te fo rm ula
2π在热场发射中 , 实验证温度 T = 1 000 K 4m ek ΦΦ- % 2 j = 肖kT kT ( )( )T e e - 1. 2 以下时 , 温对射电流的影响很小 1因此 , 许3 h多 [ 1 - 4 ]) (ε 文 在推导温度 T = 1 000 K 以下的热场发公 3当 阴 极 温 度 较 高 , 电 场 也 较 强 > 5 ) 10V / cm ,发射到真空中去的电子就构“热隧道 式时 ,
时 ,
发射电子 ”,用 温对发射电流的影响就很大 ,并且发射公式 j 表示 1 热隧)() (ε 4当阴极温度很低 于 0 K,电场很强 > 难于严格地进行积分 ,至今更没有到比完善的 5 ) 10V / cm 时 ,通过隧效应进真中的电子流 , 解解 1所以我们采用数值积分法对热
式 在 1 000 K以上温度时进行数值计 ,试图通过拟它们可以 T = 0 K 时的场致发射电流密度公式求 合
式 ,给出一些对解决实际问有一定帮
j 冷隧 1 热场发射在度 T = 1 000 K以上的计算公× Φ = 3 式 7 26183 ×10Φ ε- 4 在温度和电同作用下 ,自金属表面发射出 exp θ(- 3179 ×10 , (3)) ε Φ 来的电流是由以下几部分组成 : 2 εΦ式中所用单位 , j 为 A / cm ,为 V / cm ,为 eV 冷
1 真
j 从以上讨论和分看出 ,若能求出“隧道发 空中去的电子构
表
示 ,并有 : 射电子 ”的电流 j 的表式 ,那么 ,在任意温 隧道 Φ2- 2 π度及场强下的总电流密度 j就表示为 : m ek 4( )T. 1 j = 热kT e 2 ( ). 4 h j = j + j + j + j 热肖热冷 隧隧[ 1 - 2 ] )εε 2当 度 很 高 但 又 当 场 ? 0 , 处 于 < 由阴极学理论="" ,="" 在一定温和场强下="" 5="" 10v="" cm范围="" 时="" ,="" 发="" 射="" 到="" 真="" 空="" 中="" 去="" 的="" 电="" 子="" 就="" 构="" “热隧道发射电子="">
表示为 : “S chottky发射电子 ”,j 表示 ,并有 : 肖
用
收稿日期 : 2009 - 04 - 16
( ) 作者简介 :海雁 1964—,南临沧人 ,副教授 ,
() 通讯作者 :胥良 1964—,庆人 ,副编审 ,主要从事应用物理 、数理逻
94 昆明学院学报 2009年 5月
? Φ ε( ) j = e?P EEp == 4152 eV 1另外 ,从 j与电场 和温度 T的热
dE 关 系曲线中又可以清楚地看 , 当温低于 1 3 π 8 2m | E | - ? ×000 K 4 πm κT? = e?θ( )y , T对 j的影响很小 ,而当度高 ,温度的影 εexp 3he -3 - ? h响才显著增大 1为在我们计算热 —场电子发情 E - E Fln ( 1 + exp - 况时 ,取 T = 1 100 K为温度的起始点 1 ( )) dE. 5 κT ( )12 拟合公式的确定 2然 , 5式是难于严格地进行积分 ,
()( 利用 5式的数值积分以及比值 S = j / j 热隧 热有得到比较完善的解 1我们采用数值积分法 , )ε+ j + j 的关 ,给出了对比 S和电场 的关系肖冷隧 试图通过拟合式 ,给出一些对解决实际
如 图 2所示 1在此基础上行公式的拟合 ,
2 数值计算结果与分
211 数值计算果 [ 5 - 6 ] 用数值积法 , 分别在不同的温度和电
( ) 强度的情况下 , 对 5 式进积分 , 其计算结果
下 :其中图 1为
1 600 K, 1 800 K, 2 000 K, 2 200 K下 ,发射电流密
j
ε随电场 的变化曲线.
2v w( ) ()S = u + × , 6 - 8 2 2 π(ε) 4 ××10- x+w
u , v, wx: 其中 又可分别表示
TT2 ( ) ( x = - 01528 + 01221 - 0101425 ) , 1000 1000
TT2 ( ) ( w = - 01039 + 010357 + 0103026 ) , 1000 1000
32169 + 21322, v = () T - 38139/333146 1 + e T T 2 -( ) ( )u = - 0128 + 01394 - 010892 ε图 1可
T点 :当温度低于 1 000 K时 ,度对发射电流有所影 3 ( 100488 0) , 响
ε式中 ,所用单位 ,为 V / cm , T为 K. 特别是在场强不太强 ,其影响更为明显 1例如 ,8 213 结
以下是在不同温度下 ,拟合公式计算的结果 ( )K, ln j就从 - 10 变到 4 ,改变了 14 个量级 1
ε与数值解的结果比较 ,用电场 与 S的关系 射性质也逐渐从 FEE 过渡到 TEE1然而在很强8 曲 线来示 ,如页图 3所示 1 ε的电 场下 ,例如 10/?2 时 ,温度的影响又
少 从关系曲线可以看 ,以 至阴极的温从 1 000 K变到 2 000 K以,用拟合公式计算的结
上 ,但发 与数值解是非常吻合的 1 流变化很小 1 3 结果与讨论 由于密度在数值上随温度及场强变化较 在热场发射 ,验证在温度 T = 1 000 K 以 快 ,所以只能用对坐标来表示热 —场发射关
下时 ,温度对发射电的影响很小 1 但温度高于 ( )线 1为 ln j是指数坐标 ,所以无法对 j进
确 拟合 1为了解决这个问题 , 我们对“热隧
射电
1 000 K时 ,温对发射流的影响就很大 ,并且热 子 ”进行数值计算 ,
),至今更没有得到 场发射公式于严格地进积分 + j 进行算 , 该计算结果可用常用坐标来表 冷 较完善的解析
热 场发射公式在 1 000 K以上温时进行数值计( )在 5式进行数值积分时 , 因从实际应用
算 ,得 出用拟合式计算的结果与数值的结果度看 ,阴极多金
非常吻 合 ,计算果对实际工作具一定的指导为场发射材料 ,并取无穷远处的电势为零 ,所以
意义 1
第 3期 李海雁 ,戴
[参考文献 ] [ 4 ] 李海雁 , 谢涛 1发射公式在 1000K以下时的数值分析 [ J ]1 [ 1 ] 刘学悫 1阴极电子 [M ]1京 :科学出版社 , 1980: 273 - ( ) 真空科学与技术学报 , 2000, 2 5: 344 - 3461 2821 [ 5 ]HORNB ECK W R1数值方法 [M ]1刘元久 , 译 1北京 :中国铁道出 [ 2 ] 杨德清 , 庄伟 1电子发射原理与应用 [M ]1昆 :云南大学出版社 , 1982: 116 - 1341 社 , 1995: 106 - 1091 [ 6 ]DAV IS J P, RAB INOW ITZ P1数值积分 [M ]1冯振兴 , 伍富良 , [ 3 ] 增泉 , 吴德 1电子发射与电子
()上接第 89 End S ub ’以上为声明变
’程序结束 ( ) S ub m a in ’
入口4 结论
S et swA pp = A pplica tion1S ldW orks 过上述开发实例可看 , S olidW orks 二次开 S et Pa rt = swA pp1A ctiveD oc 发模具计算机辅结构设计方面简化了设计人 S et S e lM g r = Pa rt1S electionM anager 员 的 工 作 , 可 以 为 业 带 来 可 观 的 效 益. 另 外 swA pp1A ctiveD oc1A ctiveV iew 1F ram eS ta te = 1 S olidW orks二次开发也能在计算机辅工程分析和 ’以上为程序运行代码 计算机辅助制造等方面发挥显著的作用 , 这在以 ( boolsta tus = Pa rt1Ex tension1S electB y ID 2 " " , 后工作中做进一步究. 总之 , S olidW orks为用" FACE" , 015600601192231, 017262169216567, 户 提供的富的 A P I功能 , 以让用户开发出更)01009731890000353, Fa lse, 0, N oth ing, 0 具适 应性软件 , 足自身为特殊的需求. 文章’以为选择口模板前端面为插入件图的 中对 开式异型材挤出模具通用机的 CAD 系准面 统 , 介绍了 二次开发在模
Pa rt1Fea tu reM anage r1 InsertDw gO rD xfF ile " F: 面的应 , 对 拓展二次开发应用范围和水平起到\S olidW orks二次开发 \D raw ing11dw g" 积极作用. ’预先准备好的件截面草插入 [考文献 ] Pa rt1Fea tu reM anager1Fea tu reCu t T rue, Fa lse, [ 1 ]陈玲 , 黄晓燕. 开式型材挤出模通用机头 CAD系统的
( ) Fa lse, 1, 0, 0101, 0101, Fa lse, Fa lse, Fa lse, Fa lse,
[ 2 ]SolidW orks公司. SolidW orks API 二次开发 [M ]. 生信实维公司 , 0101745329251994, 0101745329251994, Fa lse, Fa lse,
编译. 北京 :机械工业出版社 , 2005. Fa lse, Fa lse, 0, 1, 1 [ 3 ] 杨钦. 计机图学 [M ]. 北京 :清华大学出版社 , 2005. ’对口模板零件进行拉
电沉积法制备高孔率泡沫金属的电流密度控制
电沉积法制备高孔率泡沫金的电流密度控
王殿龙 ,戴长松 ,姜兆华 ,胡信国 ,吴 宁
()哈尔滨工业大学 应用学系 , 黑龙
摘 要 : 针对孔率泡沫金属的电特性 ,通过电流密度随间变化转换为镀区内的位置分布 ,建立了
恒状态下 ,带状高率泡沫金属与阳极行电沉积的理论模型 ,进推导出表观电流密度分布的表达式.
对电化学步骤控制的沫金属电沉积进了设备优化设计 ,使得沫金属电沉积的电流密度控制在最佳
围 ,保证泡沫金属质量. 这一工作 ,为电沉积法制备高孔泡金属的设备制造和在线控制提供了理论
据 ,具有实际应用价值.
关键词 : 泡金属 ; 高孔 ; 表观电阻 ; 连续电沉积 ; 表观电流密
() 中图分类号 : TQ153 ; T G14611 献标识码 : A
WAN G Dian2lo ng , DA I Chang2so ng , J IAN G Zhao2hua , HU Xin2guo , WU Ning
()Dep t . of Applied Chemist ry , Harbin Instit ute of Technology , Harbin 150001 , China Abstract : Fo r t he resistance characteristic of high po ro sit y metal foam and t he co nversio n f ro m t he change of current densit y wit h time to t hat wit h po sitio n dist ributio n in plating area , a t heo retical mo del has been established fo r t he parallel elect ro depo sitio n of metal foam and ano de under a co nstant sit uatio n to show t he apparent current densit y dist ributio n . The metal foam elect ro depo stio n equip ment was also op timized to keep t he current density in t he op timum range and t he qualit y of metal foam guarranteed. Key words : metal foam ; high po ro sit y ; apparent resistance ; co ntinuo us elect ro depo sitio n ; apparent current densit y
高孔率泡沫金属国内外近些年来速发展,在泡沫金属电厚度方向的电位和电 静止状态
的一种功能结构材料. 导电处理的带状多孔 流密度分布. 对于带状泡沫金属连续沉积 ,还 聚酯海绵作基体 ,通过连续沉方法获得的泡 需要考虑运行速度和泡沫金属电阻对电流密度分 沫金属率 95 %以 ,而且具有与多孔聚酯绵 布的影响. 本文试图用泡沫属阻特性 ,并将 相同三维网状结构 、比表面积大 、均匀性
泡沫金属的表观电密度随时间的变化换为镀 点 ,能广泛于各种高比能量蓄电池 、燃料电池
及电容器的电极集流体 ,提高电池的比能量和性 的位置变量 ,建稳恒状态下 ,带状泡沫金属 能均. 还可用作催化剂载体 、过滤器 、电磁屏 平行于阳连续沉积模 ,为电沉积法制备孔 1 ,2 蔽 、电成等. 率泡沫金的设备制造和在线控制提供理论指
用电沉积法制备连续高孔率泡沫金属 ,通过控 高孔率泡沫金属单级连电沉积运行路径少 ,所需 制金属沉的电密度 ,控泡沫金属的微观结 设备简单 ,容易实现在线自动控
构和性能 ,是制造高率泡沫金属的
3 ,4 泡沫金属单级连续电积的电流1 S 和 Doherty T 等人,研究了泡沫金属相
极密度分布
用聚酯海绵作基体 ,沉积法备的泡沫金 收稿日期 : 2002 - 05 - 16 . 属具有与聚酯海绵相同的三维结构. 文献5 ( ) 作者简介 : 王殿龙1965 - ,男 ,研究员 , 博士研究生 ;给出电沉积型高孔率泡沫金属表观电率 ( ) 姜兆华1956 - ,男 ,教授 ,博士生
( ) 胡信国1939 - ,男 ,教授 ,博士生导
第 2 期 王殿 ,等 :电沉法制备高孔率泡沫金属
孔率关系的半经验
( )ρ ρ( ε) 1 = 4/ 1 - . 0
ερ式中为电沉积致密金属的电阻
泡沫金属的平均孔隙
文献6 通过对冶金还原理后的高孔率
沫镍进行测试表观电阻率与率的修正关系
( ( )ρ ρε) 2 = K/ 1 - . 10
式中 K 为泡沫金属的
属的三维网状结构及制备工艺有关. 并指出 ,在
ε 率> 90 %的情况下 ,修过的公式与基于三
7 网状八面体结构推出理论公式具有等效
上述文献的研究结果表明 ,高率泡沫金属的
观电阻率远远大于致密金属. 文将高孔率泡
金属电阻特性应用到泡沫金属电积过程中 ,
在以下假设的基础上 ,建立高率泡沫金属的
续电沉积模型.
假设 1 :泡沫金属连续电积过程中 ,运行
l 度和工艺参数处于稳衡状态 ,金属电沉的电流 ( )( ) ) ( 4 I x = 2 Hi x d x . ?x 密度随时间的变化可以转化为镀区内的位
( ) ( ) 式中 : I x 为流过 x 截面的阴极电流 ; i x
泡沫金属阴极表观电流密度.近似忽略不计 ,由单级镀区电沉积的金属量
由假设 1 可知 , 从 x 截面流的阴极电流 , 定泡属的单位体积金属含量. 电沉积的金
在单位时间内电沉的金属量与在单时间内经 量遵守法拉定律 ,且电流效率在电沉积过程
过 x 截面的泡沫金属所含的金属量
( ) ( ) η( ) ( υ) 5A x = gI x / H. 假设 2 :为消边缘效应 ,设定阳极和镀液 - 1 式中 : g 为金属的化学当量 ( kg. C ) ; η为 ( ) 的宽度均与带状泡沫金属的宽度相同 如图 1. υ沫金属电沉积的电流率 ; 为泡沫金属匀速 导电处理的带多孔聚酯海绵在液中作阴 运行速度. 电流传导过程中 ,由欧姆定律决定 , 极 ,由下向上垂液面进入单镀区 ,泡沫金属上 沫金属在 X 截面 ,沿 x 方向的电位降 的电子流动方向与泡沫金属的运行方向相
( ) ( )( ) ( ) d U x = - 6I x d R x .
( ) 式中 d U x 为泡沫金属 X 方向 、d x 长度的电 0 , 镀区内两阳极相对带状金属称平行放 () ( ) 位降. 方 6的边界条件为 : x = 0 时 , U x = 置 , 距均 D , 两阳极长度均为 L . 带状泡沫金 ) ) ( ( U 0, 其中 U 0为电源外加于 x = 0 处阳 δ属的宽度 H , 厚度为, 表观横截面积为 S . ( ) ( ) 与泡沫金属间的电位差 . 则由式 3和式 5, 假设 3 :连电沉积过程中 ,泡沫金属沿 X 方() 方程 6满足上述边界条的解为 向的表观电阻与其单位体积所含的金
ρυ K0横截面积成反比 ,与电积致密金属的电阻
( ) 式中 U x 为极与泡金属在 x 截面的电位 ρ K0( )( ) d R x = 3 d x .差. 由于带状泡沫金属度与其在镀区内的长 S ?A ( x ) δ / ( ) 度及极的距相比很 , U x 近似为阳极与 ( ) 中 : d R x 为电沉积程中 ,在 x 截面 、沿 x 方 沫金属表面间
向 、d x 长度泡金属的表观电阻 ; K 为单位质量 沫金面路径上 , x 截面的电位降可表述
泡沫金属的表观电阻率常
( )( ) ( )ρ( ) 8 U x = i x D + U x . L r ( ) d 为致密金属的密度 ; A x 为高孔率泡沫
( ρ) . 单面积所含的金属质
() 满足上述设 ,带状泡沫金电沉积过程中 ,化电阴极表面极化电压之和. 则由式 7
流过 x 截面的阴极流为 x 截面下的泡沫金() 8
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 35 卷 第 ?232 ?
2 2 2 2 () ( ) U 0- U x r )( ) ( ) ( C L [ i 0 + B ln i 0 ] - 2 B C F A + CL ( ) ρυρη()i x = - Kx / gD . 9 0 L x . 2ρ D L A + CL
() 式 9即为带状高孔泡沫金属阳极平行 ( ) 15 情况下 ,级连续电沉积过程中 ,观电流密度的 () 式15即为泡沫金属电沉积过程 ,由电化学步 分布公式 ,与相对液面的位置 、泡沫金的运行速 骤制时 ,区内对阳极位置泡金属的表观 度 、阳极距离 、外加电压 、电极极化电压 、泡沫金 ( ) 电流密度分布. 根据 d i x / d x < 0="">
对应泡沫金属电沉的最小表观阴极电密度为 电阻及溶液电有关. 而且 , 随着距液面距离
) ) ( ) ( ) ( ( i L + B ln i L = i 0+ B ln i 0- 大 ,阴极电流密度减小.
2 ( ) ( ) CL [ i 0+ B l n i 0] - 电化学极化为控制步骤的电流密22 A + CL 度控制2 2 2 2 ( ) ( ) ( )L CL [ i 0+ B ln i 0]- 2 B C F A + CL . 2忽略阳极极化的影
由电化学极化步骤控制时 ,观电流度与电极 ( ) 16表面极化电压满足 Tafel
化学步骤控制时 ,在测得泡沫金的单位质 ( ( )) ( ) U x = a + bln i x . 10 r 表观电阻率常数 、溶液电阻率和金属电沉
Tafel 曲线斜率 ,以及泡沫金属电沉积最佳电流 式中 U 为电
密度范围情况下 ,针对所需制备的泡沫金属面 () b/ ρD , C = Kρ/ ρD ,则式 9简化为 : L 0 L 度 A ,可以进行如下带状泡沫金属电沉设备的 ) ( ) ( ) ( ) υη( i x + B ln i x = i 0+ B ln i 0- Cx / g. () () 优化设计 : ?由式 16确定阳极长度 ; ?由式 14( )11 确定泡沫金连续电沉积的行速度和设备传动 () ( ) 由式 11可以看 , d i x / d x < 0="" ,则式中="" (="" )="" 机构="" ;="" x="0" 时="" ,式="" 5确定所需直流恒流="" )="" (="" i="" 0为电化学极控制时="" ,泡沫金属电沉积的最="" 源的额定电流.="" 佳阴极电流密度范围的上限="">
沫金属的孔径大小 、厚度和金电沉积的工艺
() 数. 为了替换式 11的速度数 ,由法拉第定律
浓差极化为控制步骤的电流密度3 () 式 4
控制 L η2 g υ ( ) = i x d x ,( )忽略阳极极化影 ,阴极泡沫金属电沉积 12 ?A 0 由浓差极化步骤控制时 ,表观电流度电表 () 由式 11积分得 面极电压满足以下关系式 : 2L υ ηCL gB F ) ) ( ) ( ( i x d x = L [ i 0+ B ln i 0] - - . i dR T ?η υ2 gC 0 ( ) ()( ) U x= ln, i > i x. 17 d r ( )i - i xn F d ( )13 式中 : U 为浓差极化的阴极化电压 ; R 为摩尔 r () () ( ) ) ( F = i 0[ln i 0- 1 ] - i L [ln i L - 1 ] + 式中 气体常数 ; T 为绝对温度 ; n 为反应子数 ; F B 2 2 ()( ) ( ) - ln i L ] ,其中 i L 为电化极化 [ln i 0 为法拉第数 ; i 为浓差极化控制时金属电
R T 控制时 ,泡沫金属电沉的最佳阴极流密度范围 ( ) 极限电流密度. 令 W = ,则 9简化 ρn FD L 的下限 ,其值大小取决于泡
() () 度和金属电沉的工艺数. 由式 12、13,并根 ( )( ) ( ) i x - W ln [ i - i x ] = i 0- d υ 据 B = 0 时 ,?0 ,
2 ) ( )x ( + CL 2 B F A d i2 2 ( ) η ( )( ) gL [ i 0 + B ln i 0]- 由式 18 可以看出 , < 0="" ,="" 则式="" i="" }="" d="" x="" c="" 2="" ()="" 0为浓差化控制="">
极电流密度范围的上限 ,其大小取决于泡沫 () 则式 11转化
属的孔径大小 、厚度和金属沉积的工
( ) ( ) 由式 11 式 11 微分表达式 , 再
第 2 期 王殿 ,等 :电沉法制备高孔率泡沫金属
L ) ) ( ) ( )( ( = i x + B ln i x i 0+ B ln i 0; ( )( ) ( ) 0 = L { i i x d x- W ln [ i -i 0} - d ?0 ( ) ) ( ) ) ( ( = i x - W ln [ i - i x ] i 0- W ln [ i - i 0. d d 2 υηCL gW E ( ) ( ) 则 i x ?i 0. 此结论表明 ,带材金属表面电沉 ( )19 + , η υ2 gC 积属时 ,无论电化学极化控制 ,还是浓极化控 ) ( ) ( 式中 E = i - i L { ln[ i - i L ] - 1} - i - d d d 制 ,材表电密度都均匀分布. 由此知 ,带 W 2 () () i 0ln[ i - i 0- 1} + [ln [ i -{ ] d d 状泡沫金属与金属带材相比 ,连续电积过程中 2 2 ( ) () 表面
造成的.( ) 其中 i L 为浓差极化制时 , 泡沫金属电沉
的最佳阴极电流密度围的下限 ,其值大取决 4 结论 泡金属的孔径大小 、厚度和金属电沉积
艺参数. () 1通过理论分析 ,立了带状泡沫金属连
() () υ 由式 12、19,并且?0 ,可得电积的数学模型 ,推导出表观
2 () 2分别分析了带状泡沫金属连续电过)( 2 W E A + CL 2 2 ) ) ((} / L { i 0- Wln[ i- i 0} + d C 中 ,电化学极化控和浓差极的表观电流密2 ( ) A + CL , ()20 度分布 , 以及通过电沉积设备的优化设计 ,进行电 () 则式 18转化为流密度控的法 ; ( ) ) ) ( ) ((i x- Wln[ i- i x] = i 0- Wln[ i- i 0] - d d () 3通过与金属带材较 ,带高率泡沫金 () ) (CL { i 0- Wln[ i- i 0} d x - 属
是由高孔率泡沫金属电阻大造成的. 2 2 2 2 ) ) )((( CL { i 0- Wln[ i- i 0} + 2 W CEA + CL d x . 2A + CL 参考文献 : () 21
() 式21即为泡沫金属电沉积程中 ,
控制时 ,镀区内对应阳极位置泡金属的表
( ) 流密度分布. 根据 d i x / d x < 0="" ,阳极最端对="" motive="" high="" power="" applicatio="" ns="" j="" .="" j="" power="" sources="" ,="">
2 L IU P S , YU B , HU M A , et al . Develo p ment in ap2 ) () ( ) ( ) (0] - i i L - Wln[ i- i L ] = i 0- Wln[ i- d d plicatio ns of porous metals J . Transactio ns of No nfer 2 2 () () CL { i 0- Wln[ i- i 0} d () - rous metals Society of China , 2001 ,11 5:629 - 638 . 2A + CL 3 L AN GL O IS S , CO EU R E T F. Flow - t hrou gh and flow 2 2 2 2 ) ) )((( - W} L CL { i 0ln[ i- i 0+ 2 W CE A + CL d - by porous elect rodes of nickel foam. ?. Diff usio n - . 2A + CL co nvective mass t ransfer bet ween t he elect rolyte and t he () 22foam J . J A pplied Elect rochemist ry , 1989 , 19 : 51 - 泡沫金属的电沉积程由浓极化控制时 , 在测60 . 得泡沫金属的单位质量观电阻率常 、溶 4 DO HER T Y T , SU ND ERL AND J G , ROB ER TS E P 电阻率金属电沉积的极限电流密度 ,以及 L . An imp roved model of potential and current dist ribu2 沫金属电沉积的最佳电流密度范围情况 ,针对 tio n wit hin a flow - t hrough porous elect rode J . Elec 2 所需制备的泡沫金属密度 A ,可以进如下带 () t rochimica Acta , 1996 ,41 4:519 - 526 . ( ) 状泡沫金属电沉积设
5 L AN GL O IS S , CO EU R E T F. Flow - t hrou gh and flow ( ) 定阳极长度 ; ?由式 20确定泡沫金属连续
- by porous elect rodes of nickel foam. I. material charac2 积的
terizatio n J . J A pplied Elect rochemist ry , 1989 ,19 : 43 () 式 5确定所需直流恒流源的额定
- 50 . 致密金属为基体的连续沉积 ,如金属带
刘培生 ,吕 明 ,李铁藩 ,. 发镍电阻率的孔率计 6 () 钢带 、铜带等面连续电镀 ,由于金属带材是 () 算方法 J . 材料学与工艺 ,1999 ,7 3:77 - 79 . 良导体 , 与溶液电阻相比 , 金属带材电阻忽略不 刘培 ,李铁藩 , 超 ,等. 高孔金属材料表观电 7 () () 计 ,即 C = 0 ,式 15、21简化为 ( ) ( ) 阻率计算
金属W在T=1000K以上时场发射电流密度的数值计算
金属W在T=1000K以时场发射电流
的数值计算
昆明学院学报2009,31(3):93—95
JournalofKunmingUniversity
CN53—12l1/G4ISSN1674—5639
金属W在T=1000K以上时
发射电流密度的数值计
李海雁,戴祖诚,胥良,y_ff-~
(1.昆明学院计机与网络技术系,云南昆明650031;2.昆明学院物理科学与技术系,云南
650031;
3.昆明学院学报编辑部,云南
摘要:采用数值分法,对热场发公式在1000K以上度进行了数值计算,给出了拟合
公式,并分别对不
同温度下拟合式与数值计算结果进行了比较,得用拟合公式计算的结果与数值
常吻合.
关键词:金属w;热场发射;值计算;拟合公
中图分类号:0462.4文献标识码:A文章编号:1674—5639(2009)03—0093—03
NumericalCalculationofFieldEmissionElectricCurrentDensityforMetalWabove1000K
LIHai.yan’
,DAIZu—cheng,XULiang,WANGZi—long
(1.ComputerDepartment,KunmingUniversity,YunnanKunming650031,China;
2.PhysicsandTechnologyDepartment,KunmingUniversity,YunnanKunming650031,China;
3.EditorialDepartmentofJournalofKunmingUniversity,YunnanKunming650031,China)
Abstract:Thermalfieldemissioncurrentdensityabove1000Kwasnumericallycalculatedbymeansoft
hethermalfieldemissionthe—
ory.wegiveoutimitatecalculateformula,theresultbetweenimitateformulacalculationandnumericalc
alculationwascomparedat
differencetemperature.Theresultofimitateformulacalculationtallieswiththeresultofnumericalcalcu
lation.
Keywords:metalW;thermal—fieldemission;numericalcalculation;imitateformula
在热场发射中,实验证明在温
以下时,温度对发射电流的影很小.因此,许
文献”在推导温度T=1000K以下的热场发射
式时,都做了近似处理.但当温
温度对发射电流的影响就很大,并且热场发射公
难于严格地进行积分,至今更有得到比较完善
解析解.所以我们采用数值积法对热场发射公
在1000K以上温度时进行数计算,试图通过拟
式,给出一些对解决实际问题有
1热场发射在温度T=l000K以上的计算公
在温度和电场同时作用下,金属表面发射
来的电子流是由以下几部分组成:
1)当电场=0,阴极温度高时,发射到
空中去的电子就构成”真正热射电子”,用
示,并有:
J:4’rrmek~Tz
2e.(1)热一Tc?/
2)当温度很高但又当电场s?0,处于<
10V/cm范围时,发射到真中去的电子就构
“Schottky发射电子”,用表示,并有:
J自:4于2
1e音(e一1).
(2)自——一一l?Lz
3)当阴极温度较高,电场
10V/cm),发射到真空中去电子就构成”热隧
发射电子”,用隧表示.
4)当阴极温度很低(处于0K),电场很强(>
10V/cm)时,通过隧道效应
它们可以由T=0K时的场致射电流密度公式
得,即”冷隧道电子”,用
.1.54×10,
,冷——————一×
exp
[_堕.79.别,(3)
式中所用单位,冷为A/cm,
从以上讨论和分析看出,若求出”热隧道
射电子”的电流密度的表达式,那么,在任意
度及场强下的总电流密度就可表示为:
J=_,热+肖+_,热
由阴极电子学理论?],在定温度和场强
“热隧道发射电子”部分的发电流可用下列积
表示为:.
收稿日期:2009—04—16
作者简介:李海雁(1964一),南临沧人,副教授,研究
通讯作者:胥良(1964一),重庆人,副编审,主要从事应用物理,数理逻
究,E-mail:xliang21@126.com
电流密度对电化学显现金属铜表面油潜手印效果的影响
型蔓堇莶!!!!笙筮i
续表l 留物颗粒数量的关系，有关这面的数据有待于进
步研究。
参考文献:[1] 刘文。周学之(中国刑事科学技术
237( [2]赖仕均，李署，李树辉，等(射击残留物自动分软 件检验微量附着物[J](刑术，2008(增刊2): 49—50( 收稿日期:2012一06—11 表l中的“Unique”是软件自身默的国通 射击残留物成，从表1的数据可知，样品A上检
10个含有“Sb、Sn、Pb”3种元素的射击残物颗粒。 电流密度对电显
铜表面油潜手效果的影响 还要对可疑的特征颗粒
扫捕以进行确认。其中一个射击残留物颗粒的 顺，张忠良，张丽，刘 丽(中国刑事警察学院痕 POINT,ID确认结果见图1一a，图1_b，图2一a，图2(b。 迹检验技术系，沈 110854) 由图可，样品A和B均出含有“Sb、Sn、Pb”的
击残留物颗粒。 关词:电流密度;电化;显现;油质潜手印
文章编号:1008—3650(2012)05一0053 一02
油质潜手印在刑事案件现场
盗窃变压器及其它铜制品的件中，由犯罪嫌疑人 作时手上分泌油脂或粘附变压器油等，在盗的 金属铜部件上遗留手印，此类手印通常有较强的特
性，具有极高的利用价值。传统粉末刷显[1]、502 熏显[2]和真空镀膜法[3]等在显现汗、血、灰等手印 一 _ 方面应用很广，但在油质潜手印的显现中表现出
局限性，即使是采磁性粉末刷显也极出现“刷糊” 现象。电
新型工艺，其利用电解液中金属子在阴极表面放
图2-a B样品射击残留物颗粒在1倍下的背散射子图 反应行为的差异，以使附着在金属表面的潜手印显 像;图2_b B样射击残留物颗粒元素成分 出[4]。显现中采用的电学反应条件，尤其是阴极
流密度对显现效果的影响很大，确定金属铜客体
4讨论面油质潜手印显现的宜条件，文以酸性硫酸铜镀 (1)射击残留物自动分析技术了对击残留 液为电解液，对不同电流密度下潜手印的电化学显
物颗粒的全自动检，具有快速、简便、准确的特点， 解决了
率和漏检问题。 l材和方法 (2)实践证，对于弹壳、手枪等物证，因
附着大量的射击残留颗粒，在POINT&ID模式下 形成潜
以另 很容易发现射击残留物颗粒，故此类物证需要使用 一形状宜的金属铜片作为阳极，按图1 GSR式检。 解实电路，以一定化学组成的溶液作为解液，通 所示组装
(2) 在犯罪嫌疑董某上衣上不同部检出和民 过调节直流电
冼某所用七七式手枪上一样的射击残物颗粒，说 条件下电解相同时间，观油手印显现效果，确定电 访问以及法明某被民冼某近距离射致死，这和现场调查 化学法显现油
医出具的结论一致。 电沉积过程，电解温度对积效果有一定影 (3)目前还没有相关文献报导射击距离和射击 ，为应实际操作条
万方数据
刑事技术2012年第5期
潜手印的金属铜作为阴极时，由铜表面覆盖的油
潜手印物质会影响放电反应的进行，造成阴极表面的
还原反应速度出现差异，使得沉在金属铜表面的
层厚度不均匀而显现出遗的潜手印。 阴极电流度对金属铜表面油质潜手印的
反差增强，但电流密度过大会产生
阴极(潜手印金属客体)———州K。_1[1]王永刚，杨瑞琴，王彦吉(纳米粉末现水果和蔬菜 1叫一阳极 表 A,dm2,1(5 A,dm2之间 好的问题，因此使用1(o 糊獬
参考文献: 面手印口](刑事技术，2009(6):19—[2]21宋红英(枪(
柜3年前陈旧指纹熏显1例[J](刑事技术，
201l(3):5l一52( [3]刘丹，常柏，李孝君(真空镀膜“502”熏显法显现非 渗透性客汗潜手印的比较研究[J](刑事技术，2011 (2):3—7 ( [4]张晓顺，张承昊，冰(电化学法显现油手的机探 讨[A](中国检技术理论探索与应用创新研讨会
集，2009:348— 349( 收稿日
一__ A,dm2 0(5 1(O,dm2 1( 5A,dm2
耳廓缺损面积的量 丁传，张鹏坤(河南省濮阳
关键词:Photoshop软件;医损伤鉴定;耳廓损 图2电流密度对油质潜手显效
文章编号:1008—3650(2012)05一0054 一03由图2可
时，由于电解时间段内通过阴表面的子数相对较 在法医伤定实践中，耳廓缺损案件需要量 少，阴极表面积附着的金属铜少，未能使手印纹 被鉴定人耳廓缺损面积占耳廓整体面积的比例。耳 与形成明显反差，仅显出潜手印的廓和各别 廓缺损通常为不规则型，且缺的边缘不整齐，缺损 纹线。在1(o A,dm2的电流密度下，由于单位时 部分的始边缘已经无法测量，给鉴定工作
内在阴极表面放电的离子数量增多，因此同时间 极 的难和挑战，也是长期以来法医临床鉴定
内沉积的金属铜增多，使手印显现出来，可晰识别 的个点。关于耳廓缺损面积的测量，目前作
其中的纹线类型、中心、三角种类特和各别纹线 我国还 没有统一标的量方法，大多采用传统的放 细节特征。进一步加大极电流密度至1(5 A, 大损伤 部位后数方格或坐标纸计算的方法，这种方 dm2时，后显出的指纹为清晰，线的沟桥 费力，从根本上不能解决耳廓缺损位法既费时 实际大小的 棒等节特征出明显，显现效果极佳。但此时手印 问题，程繁琐且误差较大。经常出现同一个
轮廓的上方金属镀层于电流密度过大出现泡，因 同的鉴
此不宜继续提高阴电流，以防止镀层金与基体结 科学、客观性和准确度得不到保证，容易使双方
合不牢，影响显现效果。 人产生异议，极易成争议和复核案件，甚至形
3讨论 该方法的反信访案，给社会来极大的负面影响。 应原理是，在外界直流电的作， 笔者根据多年的实践和应用，利用Photoshop
电解液中的金属离子会向阴极移动，并在表面得 像处理软件，可以轻松的解类问题，根据人体耳 万方数据 到电子发生还反沉积金属上。以遗留有质 廓相互对称的一般规律，利
