旋轉超冷電極及其制造方法、過冷溶液制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于電化學領域，具體涉及一種旋轉超冷電極及其制造方法、過冷溶液制備方法。
【背景技術】
[0002]水是構建地球生命的載體。當溫度低到冰點0°C之下，仍然不會結冰的水叫過冷水。一般情況下，生物體的溫度下降到低于0°C，細胞外的冰晶生成并結冰，導致細胞外的高濃度的電解質生成，使得細胞脫水死亡。但奇怪的是，某些動物在極端過冷的條件下依然能夠存活。例如，多種極地魚生活在-1.9 °(:的冬眠的環境中存活，北極地松鼠的體內溫度在-2.9°C時也不會被凍僵，一些哺乳動物剝離的外神經在冷至_6°C的溫度下依然能夠恢復活性。
[0003]制造過冷水的方法主要有直接制冷大體積的水和制冷小體積水的方法。因為很難除去大體積的水中微小的雜質，導致過冷水很快結冰，所以這種方法并不可行。制冷小體積的水主要有薄膜取樣方法，毛細管取樣方法和液滴取樣方法。小體積取樣的方法對試驗人員的耐心和經驗要求很高。
[0004]人類對超冷水的認識可以追溯到18世紀。出生于荷蘭的德國科學家D.G.Fahrenheit (1686 - 1736，華氏溫度的創立者)最早發現了超冷水的存在。最近的理論研究表明，在常壓下超冷水的最低溫度可達-48°C。自然界中的超冷水主要存在于凍雨和云層中。在對流云層的深處中所能檢測到超冷水的最低溫度為-37.5°C。由于超冷水具有非穩態特性，在實驗室中獲得大體積穩定存在的超冷水就比較困難。毫升級別以上體積的超冷水的溫度一般在零下幾度到-1o°c左右。大體積超冷水常常會因為某種原因突然結冰而使實驗無法進行。所以，阻礙過冷水研究的主要問題是其不穩定性，也就是非常容易結冰。因此，獲得穩定的過冷水對于研究生命體在極端環境下的生命現象是非常有意義的。
[0005]利用導電電極的傳熱形成過冷溶液(孫建軍，黃宗雄，楊森，郭俊瑋.一種獲得過冷溶液的裝置及其制造方法[P].中國專利:CN103776198，2014-05-07)，利用微電極附近溶液熱擴散作用，使得電極附近溶液難易結冰，我們采用旋轉電極的形式，同樣可以形成熱擴散，從而形成過冷溶液。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種旋轉超冷電極及其制造方法、過冷溶液制備方法，通過制冷片的制冷以及導熱導電棒的旋轉可易于獲得過冷溶液；為研究過冷溶液的物理化學性質，以及研究生物分子和生物體在過冷極端條件下的行為提供了可能。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種旋轉超冷電極，包括一導電電極及一電機，所述導電電極通過電機連接軸與電機連接，以使得電機能夠帶動導電電極旋轉保證導電電極能夠在表面溫度低于零度時不結冰，形成旋轉超冷電極。
[0008]在本發明一實施例中，所述導電電極包括導熱導電棒及至少一個半導體元件，所述半導體元件被夾持于所述電機連接軸上，所述導熱導電棒被夾持于所述半導體元件中間，且所述導熱導電棒長于所述半導體元件，以使得導熱導電棒的下端伸出半導體元件。
[0009]在本發明一實施例中，所述導熱導電棒與半導體元件的上端通過過孔導電滑環與電化學工作站連接，所述導熱導電棒的下端置于待測溶液中。
[0010]在本發明一實施例中，所述半導體元件由對稱的兩片或多片半導體制冷片組成。
[0011]在本發明一實施例中，所述導熱導電棒的直徑為I毫米至10毫米范圍之間。
[0012]在本發明一實施例中，所述導熱導電棒的材料為碳質材料、包括金、鉑、銀、銅的金屬或合金。
[0013]在本發明一實施例中，所述導電電極通過半導體元件的制冷片制冷或通過制冷劑制冷；所述電機轉速為100轉每分鐘至3000轉每分鐘。
[0014]本發明還提供了一種旋轉超冷電極的制造方法，包括如下步驟，
51:將至少兩個半導體制冷片對稱放置，構成半導體元件，還提供一長于半導體制冷片的導熱導電棒，所述導熱導電棒的上部被壓成薄片狀并夾持于至少兩個對稱放置的半導體制冷片之間，所述導熱導電棒的下端伸出半導體制冷片；
52:提供一連接軸，所述連接軸上端與電機軸連接，所述連接軸下端挖成空腔，以夾持半導體制冷片及其夾持的導熱導電棒；
53:將過孔導電滑環套于連接軸上，且所述過孔導電滑環的下端轉子導線連接半導體制冷片及導熱導電棒，過孔導電滑環的上端定子導線連接電化學工作站及直流電源；
S4:將導熱導電棒的下端伸入待測溶液中，通過電機帶動半導體制冷片及導熱導電棒旋轉，形成旋轉電極，并通過對半導體制冷片施加電流，使得溫度降低至低于溶液冰點并穩定一段時間。
[0015]在本發明一實施例中，所述半導體制冷片與導熱導電棒通過環氧樹脂膠固定。
[0016]本發明還提供了一種基于上述所述旋轉超冷電極的過冷溶液制備方法，包括如下步驟，
(1)將導熱導電棒的下端伸入待測溶液中，通過電機帶動半導體元件及導熱導電棒旋轉；
(2)由于導熱導電棒與半導體制冷片之間進行熱交換，通過對半導體元件施加不同方向的電流及改變電流的大小來調節電極表面溫度，使其低于溶液冰點獲得過冷溶液，并且穩定一段工作所需時間。
[0017]相較于現有技術，本發明具有以下有益效果:本發明可以通過半導體元件的電流以及導熱導電棒的旋轉很容易得到過冷溶液，實驗很容易對導熱導電棒下端附近過冷溶液的溫度進行控制；為研究過冷溶液的物理化學性質，以及研究生物分子和生物體在過冷極端條件下的行為提供了可能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明一實施例的電極結構示意圖。
[0019]圖中:1-電極，2-連接軸，3-過孔導電滑環，4-半導體制冷片，5-螺絲，6_導電電極，7-待測試溶液。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0021]參考圖1，本發明涉及旋轉超冷電極，通過電機I帶動連接軸2，使連接軸帶動的部分旋轉起，形成旋轉電極。連接軸下部夾持半導體元件(半導體元件由至少兩個相對放置的半導體制冷片4組成)。半導體元件被4個螺絲5固定在連接軸上。半導體元件中間又夾持有一個上部被壓成片狀的導熱導電棒6。且導熱導電棒6和半導體元件的上端還通過過孔導電滑環3與電化學工作站連接，導熱導電棒6的下端置于待測試溶液7中。
[0022]所述導熱導電棒的材料為金、鉑、銀、銅等金屬。導熱導電棒下端的直徑在I毫米~10毫米范圍。
[0023]上述主要利用半導體材料的帕爾貼效應，當直流電通過多種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的多端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現制冷和制熱的目的。
[0024]本發明還涉及旋轉超冷電極的制備方法，按如下進行:
(I)通過電機帶動連接軸，使連接軸夾持的半導體元件和導熱導電棒旋轉起來，形成旋轉電極。
[0025](2)半導體元件的半導體制冷片為冷源，通過導熱導電棒本身進行熱交換，其中導熱導電棒的上部被壓成片狀并被至少兩個半導體制冷片4夾持；
(3)利用至少兩個相對放置的半導體制冷片4，通過施加不同方向的電流和改變電流的大小來調節電極表面溫度的升高和降低。
[0026](4)將導熱導電棒用環氧樹脂膠固定，且導熱導電棒下端置于待測試溶液中。
[0027]本發明旋轉超冷電極的制備過程如下:
具體實施例1
1、將直徑2毫米，長45毫米的銅棒上端長4厘米的部分壓成厚度約為0.5毫米銅片。將長和寬都是4厘米，厚3.3毫米的2個半導體制冷片夾持被壓成的銅片。
[0028]2、將上部分直徑12毫米，下部分直徑15毫米的鐵棒作為連接軸，鐵棒上端被電機夾持。將其下端約4厘米，距離其中軸線約4毫米的部分挖成空腔。將2個半導體制冷片和其夾持的銅片一起放入空腔中，并在對稱的兩側用4個直徑3.7毫米的螺絲固定。
[0029]3、將環氧