Гальваническая расческа

Полезная модель относится к составным гребням для ухода за волосами и предназначена для электротерапии, а именно гальванофореза и микротоковой терапии.
Из уровня техники известна гальваническая расческа, содержащая катодную и анодную части, поверхности которых выполнены из металлов, образующих гальваническую пару (CN 211095869 U, МПК A61H 11/00, A61N 1/36, опубликовано 28.07.2020). В одном из вариантов выполнения зубцы известной расчёски поочерёдно выполнены из металлов с различной электроотрицательностью. В другом варианте выполнения все зубцы и фиксирующая часть изготовлены из одного и того же металла, а ручка - из другого.
Недостатком такой расчески является то, что в ходе использования анодная часть гальванопары соприкасается с волосистой частью головы, что негативно сказывается на состоянии волос по причине их взаимодействия с продуктами реакции окисления (в частности, от этого волосы теряют блеск и тускнеют). Кроме того, в случае пространственного разнесения электродов между гребенкой и ручкой, в предложенном устройстве формируется слишком малые токи, что не позволяет получить необходимый терапевтический эффект от использования расчёски.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание простой в изготовлении и удобной в использовании гальванической расчески, оказывающей выраженный оздоровительный эффект при использовании и позволяющей проводить одновременно с уходом за волосами сеансы гальванофореза и микротоковой терапии.
Технический результат заключается в повышении эффективности терапевтического воздействия расчёски на волосы.
Указанная проблема решается, а технический результат достигается за счёт того, что в гальванической расческе, содержащей катодную и анодную части, поверхности которых выполнены из металлов, образующих гальваническую пару, катодная часть выполнена в виде гребенки, а анодная - в виде ручки, площадь поверхности которой составляет от 1/5 до 1/2 площади поверхности гребенки. Катодная часть может быть полностью выполнена из золота, платины, серебра, графита или палладия. Анодная часть может быть полностью выполнена из цинка или магния.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемой гальванической расчески с непосредственным контактом катодной и анодной частей;
на фиг. 2 - то же при креплении через диэлектрик с опосредованным омическим контактом;
на фиг. 3 представлена зависимость силы тока, генерируемого гальванической парой от соотношения площадей поверхности катода и анода;
на фиг. 4 приведена вольтамперная характеристика для гальванического контакта серебро-цинк;
на фиг. 5 - то же для контакта золото-магний;
на фиг. 6 - то же для контакта золото-цинк.
Предлагаемая гальваническая расческа (фиг. 1) содержит катодную часть 1 в виде гребенки и анодную часть 2 в виде ручки с поверхностями из металлов, образующих гальваническую пару. Часть 1 (гребенка) может быть полностью выполнена из золота, платины, серебра, графита или палладия, или из соображений экономической целесообразности может быть выполнена, например, из пластика и снабжена соответствующим металлическим покрытием. Часть 2 (ручка) также может быть полностью выполнена из металла с большей электроотрицательностью: например, цинка, магния или другого подходящего металла, или может быть снабжена соответствующим металлическим покрытием.
Катодная 1 и анодная 2 части образуют гальваническую пару за счёт реализации непосредственного контакта или опосредованного омического соединения 3 при креплении их между собой через диэлектрик 4 (см. фиг.2, например, для варианта реализации в пластике с металлическим покрытием).
Поскольку в предлагаемой гальванической расческе с волосистой частью головы соприкасается только катодная часть 1 в виде гребенки из графита или инертных благородных металлов: золото, серебро, платина или палладий, возможность попадания продуктов окисления на волосы полностью исключена. Катодные реакции восстановления при этом протекают без образования солей и гидроокисей металлов.
Соотношение площади поверхности анодной части 2 (ручки) к катодной 1 (гребенки) составляет от 1/5 до 1/2 (соответственно соотношение площади катодной части 1 к анодной составляет от 2 до 5). Выбор такого диапазона поясняется фиг.3, на которой представлена зависимость силы тока, генерируемого гальванической парой, от соотношения площадей поверхности катода и анода. Представленная зависимость обусловлена особенностями протекания катодной реакции восстановления кислорода в водных растворах с диффузионным контролем и демонстрирует возможность увеличения тока за счёт увеличения относительной площади катодной поверхности. Предлагаемое соотношение площадей позволяет генерировать токи в диапазоне 20-100 мкА (что обеспечивает проявление эффекта гальванофореза в процессе ухода за влажными волосами и необходимую скорость проникновения веществ через кожу - для улучшения роста волос рекомендуется использование никотиновой кислоты). Меньший относительный размер гребенки уменьшает образуемые токи необходимые для гальванофореза и, как следствие, замедляет скорость проникновения веществ через кожу (например, никотиновой кислоты). Большая величина соотношения площадей необоснованно увеличивает стоимость изделия, давая низкий прирост силы тока на единицу площади катода (на участке АВ фиг.3 прирост тока на увеличение единицы соотношения в 15 раз больше, чем на участке BC).
Согласно [Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. стр. 230-248] сила коррозионного тока, обеспечиваемого диффузией кислорода равна:
,
где n - количество электронов, участвующих в катодной реакции ионизации кислорода,
F
- постоянная Фарадея,
k
д
- коэффициент диффузии кислорода,
- концентрация кислорода у поверхности катода,
- концентрация кислорода, в зависимости от парциального давления кислорода в окружающей среде,
δ - толщина диффузионного слоя,
к
S - площадь катодной поверхности.
Так как при изменении только площади катодной поверхности все остальные переменные уравнения остаются неизменными, то их можно прировнять к константе k. Из уравнения видно, что коррозионный ток находится в линейной зависимости от площади катодной поверхности. На участке АВ фиг. 3 виден эффективный рост тока, на участке BС процесс диффузии кислорода перестает лимитировать, и ток в системе ограничивают другие факторы, например, кинетические затруднения катодной реакции или окислительные процессы на аноде.
2
2
2
Для примера был исследован образец расчёски толщиной 3 мм и общей площадью поверхности 12947,39 мм с площадью анодной части, покрытой цинком, 4315,73 мм, а катодной части, покрытой золотом, 8631,66 мм. Т.е. соотношение площади анодной части к катодной равнялось 33,33% к 66,67% (1/2). При таких параметрах величина генерируемого микротока составила 77,5 мкА, что обеспечивает видимый терапевтический эффект (лёгкое покраснение прилегающего участка кожи).
redox
На фиг. 4-6 приведены вольтамперные характеристики (зависимость генерируемого тока I от потенциала ε) для гальванических контактов различных металлов, которые демонстрируют ход реакций окисления (Ox) и восстановления (Red). Точка пересечения этих кривых при значении ε соответствует компромиссному потенциалу системы, по которому определяют требуемое соотношение площадей поверхности анода и катода.
На фиг.4 приведена вольтамперная характеристика для гальванического контакта серебро (Ag) - цинк (Zn), соответствующие реакции:
o
где E - стандартный электродный потенциал полуреакции,
redox
при этом ε= -0,473 В.
На фиг. 5 приведена вольтамперная характеристика для гальванического контакта золото (Au) - магний (Mg), соответствующие реакции:
redox
при этом ε= -1,368 В.
На фиг.6 приведена вольтамперная характеристика для гальванического контакта золото (Au) - цинк (Zn), соответствующие реакции:
redox
при этом ε= - 0,527 В.
redox
Указанные потенциалы ε соответствуют физиологически приемлемым значениям и по результатам экспериментов обеспечивают значительное повышение степени проникновения действующих веществ в кожный покров головы.
Таким образом, благодаря описанным особенностям, предлагаемая конструкция позволяет максимально повысить эффективность терапевтического воздействия расчёски на волосы.