[其他]鉭-氧化鉭pH傳感器的制作方法

在審

• 申請號: 101987000006989
• 申請日: 1987-10-20
• 公開（公告）號: CN1005930B
• 公開（公告）日: 1989-11-29
• 發明（設計）人: 葉緒莘
• 申請（專利權）人: 化工部天津化工研究院
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種鉭－氧化鉭ｐＨ傳感器的制作方法。本發明采用電化氧化法，在濃苛性堿電解液中，分二步直接氧化金屬鉭，在金屬鉭表面生成以Ｔａ₂Ｏ₅為主體的ｐＨ敏感膜，從而制成鉭一氧化鉭ｐＨ傳感器，靈敏度達到４６～５６ｍｖ／ｐＨ。本發明制作的ｐＨ傳感器可在較高溫度和壓力條件下，應用于各種介質。

本發明屬于金屬-金屬氧化物類pH電極的制作方法，進一步說是用電化氧化法制造鉭-氧化鉭pH傳感器。

電化氧化法制作金屬-金屬氧化物類pH電極，常采用電化氧化或熱氧化等方法。采用電化氧化法生成氧化鉭一般都是在稀電解液中進行，例如在稀酸（H₃PO₄、H₂SO₄、HNO₃等）或稀堿（NaOH）或稀鹽（Na₂SO₄、Na₂B₄O₇等）中進行。這些電解液的濃度一般不超過2%。日本公開特開昭61-241976，即是在稀電解液中進行陽極氧化制造ISFET類pH傳感器的。在稀電解液中進行電化氧化，陽極氧化平穩而緩慢的進行，所生成的氧化膜（Ta₂O₅）在該稀電解液中能穩定存在，并呈現色彩鮮明的干涉反射光。但用上述方法制作pH電極，其能斯特（Nernst）響應值較低，通常都在40mv/pH以下，從而影響測量精度，應用范圍受到限制。因此制作金屬-金屬氧化物類pH電極的方法仍需加以改進。

本發明的目的就是提供一種制作鉭-氧化鉭pH傳感器的方法，使其傳感器具有高能斯特響應和測量精度以及較大的應用范圍。

本發明使用金屬純鉭為基體，通過電化學的陽極氧化，在其表面生成以Ta₂O₅為主體的pH敏感膜，從而可直接當作測定pH用的指示電極。

實施本發明是在苛性堿溶液中進行，溶液溫度控制在室溫～110℃，陽極電壓控制在20～230V。本發明的特征在于，金屬鉭的電化氧化是分步進行的，第一步在濃苛性堿水溶液（10%～飽和溶液）中進行，溶液溫度為室溫～110℃，陽極電壓20～100V，時間0.25～1小時。第二步在稀苛性堿水溶液（0.2%～3%）中進行，溶液溫度為室溫，陽極電壓20～230V，時間0.5～1小時。第一步氧化后的鉭應取出洗凈干燥后再進行第二步的陽極氧化。

我們知道，Ta₂O₅膜對于H⁺的能斯特（Nernst）響應值與Ta₂O₅膜層的形態、厚度有關。實施本發明，尤其是完成第一步的陽極氧化，是在濃熱的苛性堿水溶液中進行，其特點是Ta₂O₅和Ta都能與該溶液發生化學反應，因此在陽極氧化生成Ta₂O₅膜的同時，又發生著氧化膜被溶液化學腐蝕的行為，綜合結果是使氧化膜的形態發生變化，其積極效果是提高敏感膜的靈敏度，從而使鉭-氧化鉭傳感器具有實用意義。按本發明所制作的鉭-氧化鉭pH傳感器，以飽和甘汞電極作為參比電極進行pH測定，靈敏度（Nernst斜率）可達46～56mv/pH。

由于Ta、Ta₂O₅具有特別優良的化學穩定性和熱穩定性，因此該pH傳感器可在較高溫度和壓力條件下應用于各種介質，尤其是某些強腐蝕介質中。采用本發明制作的鉭-氧化鉭pH傳感器具有很低的內阻，容易與各種顯示或控制儀表相配接，用于各種pH的工業在線檢測、控制系統。

實例1

取厚0.1mm，寬5mm的純鉭片，經過拋光、洗凈后在15%的KOH水溶液中進行陽極氧化，溶液溫度40℃，陽極電壓90V，時間0.25小時。取出洗凈干燥后，再在0.4%的KOH水溶液中繼續進行陽極氧化，溶液溫度為室溫，陽極電壓200V，時間一小時。取出洗凈后在低于280℃的溫度下烘干。該鉭片焊上導線，將未進行電化氧化的部分以適當絕緣物（含氟塑料、熱固性樹脂或其它材料）包裹起來，即成為實用的pH傳感器，靈敏度可達51.7mv/pH。

實例2

取厚0.1mm，寬5mm的純鉭片，經拋光、洗凈后在飽和的NaOH水溶液中進行陽極氧化，溶液溫度105℃，陽極電壓35V，時間0.5小時。取出洗凈干燥后，再在2%的NaOH水溶液中繼續進行陽極氧化，溶液溫度為室溫，陽極電壓70V，時間一小時。取出洗凈后，在低于280℃下烘干。該鉭片焊上導線，將未氧化部分以絕緣材料包裹起來即成為實用的pH傳感器。該傳感器的靈敏度為47.4mv/pH。