[發(fā)明專利]一種基于快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器的熱電化學(xué)電極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010548122.6
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102053104A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾躍;黃勇兵;陳翼幫;黃子鴻;婁偉;張友玉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué)
• 主分類號: G01N25/48
• 分類號: G01N25/48;G01N27/30
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱電化學(xué)電極，尤其是涉及一種基于快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器的熱電化學(xué)電極。

背景技術(shù)

早在1877年E.J.Milll就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電荷通過電極與溶液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時，在電極與溶液界面將產(chǎn)生熱電效應(yīng)。在測量電化學(xué)電信號的同時進行電化學(xué)熱信號的測試，可以得到比單純熱力學(xué)測量或電信號測量更全面、可靠的信息。然而，盡管熱電化學(xué)經(jīng)歷了一百多年的歷史，但其研究方法和手段沒有得到應(yīng)有的發(fā)展，究其原因，最主要的是沒有行之有效，且性能穩(wěn)定、靈敏度高的熱電化學(xué)電極。

目前文獻上的熱電化學(xué)電極，主要用熱敏電阻來測量電極表面的溫度變化，從而獲得電極反應(yīng)的瞬時熱效應(yīng)。這種測量方法在實驗硬件上存在一個致命的缺點，那就是感溫元件(熱敏電阻)與電化學(xué)電極的接觸處的聯(lián)結(jié)方式存在難以調(diào)和的矛盾。一方面為了提高測溫靈敏度和改善時間響應(yīng)特性，感溫元件熱敏電阻與電化學(xué)電極之間必須有良好的熱接觸。另一方面，要使電化學(xué)反應(yīng)過程中的電信號與溫度測試過程中的電信號不相互干擾，感溫元件熱敏電阻與電化學(xué)電極必須有良好的電絕緣。因此，在感溫元件熱敏電阻與電化學(xué)電極之間放置一種既有良好導(dǎo)熱性，又具有良好絕緣性的材料，是制備基于熱敏電阻的熱電化學(xué)電極的關(guān)鍵。可事實上，到目前為止，要尋找到一種既有良好導(dǎo)熱又有良好絕緣這兩種性能都同時滿足要求的材料是很困難的。這也是目前基于熱敏電阻的熱電化學(xué)電極性能不十分穩(wěn)定，從而導(dǎo)致其難以商品化的最主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種性能穩(wěn)定，靈敏度高的能同時測得電化學(xué)電信號和熱信號的熱電化學(xué)電極。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：其包括電化學(xué)電極，還設(shè)有快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器，所述快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器由哈斯特洛伊(Hastelloy)熱敏膜和用于探測該熱敏膜表面熱輻射信號的光學(xué)傳感器組成，所述快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器貼裝于電化學(xué)電極內(nèi)側(cè)。

所述光學(xué)傳感器包括藍寶石棒和光導(dǎo)管傳感器，所述藍寶石棒頂部通過光纖與光導(dǎo)管傳感器連接。

所述光學(xué)傳感器的哈斯特洛伊膜和藍寶石棒之間的距離宜為0.9~1.1?mm(優(yōu)選1.0?mm)，哈斯特洛伊膜的厚度宜為25~35?mm(優(yōu)選30?mm)。

工作時，哈斯特洛伊膜感受電化學(xué)電極表面的溫度變化，發(fā)出表面熱輻射信號，該信號經(jīng)由藍寶石棒收集和光纖傳導(dǎo)后，再經(jīng)光導(dǎo)管傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號并通過信號放大器放大，與從電化學(xué)電極獲得的電信號一起交由電化學(xué)工作站處理，從而達到很好地測量化學(xué)反應(yīng)的熱信號和電信號的目的。

本發(fā)明的熱電化學(xué)電極與傳統(tǒng)電化學(xué)電極相比，其在測量電化學(xué)反應(yīng)所對應(yīng)的電信號的同時，還可以測量電化學(xué)反應(yīng)所對應(yīng)的熱信號，可為研究電化學(xué)反應(yīng)過程中的化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)等提供多維而有效的科學(xué)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明與基于熱敏電阻的熱電化學(xué)電極相比，由于電化學(xué)反應(yīng)的信號和熱信號完全隔離，所以具有更好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示實施例的哈斯特洛伊膜與電化學(xué)電極之間的結(jié)構(gòu)放大示意圖；

圖3為使用圖1所示本法明實施例之熱電化學(xué)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)放大示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

參照附圖，本實施例包括電化學(xué)電極1和快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器，所述快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器由哈斯特洛伊熱敏膜2和用于探測該熱敏膜表面熱輻射信號的光學(xué)傳感器組成，所述快速響應(yīng)復(fù)合溫度傳感器的哈斯特洛伊熱敏膜2貼裝于電化學(xué)電極1內(nèi)側(cè)；所述光學(xué)傳感器由藍寶石棒3和光導(dǎo)管傳感器5組成，藍寶石棒3頂部通過光纖4與光導(dǎo)管傳感器5連接。

藍寶石棒3和哈斯特洛伊膜2之間距離s=1.0?mm。

哈斯特洛伊膜2的厚度為d=30?mm，與電化學(xué)電極接觸面積為d₁′d₂=5′5?mm²。藍寶石棒3內(nèi)徑φ₁=1.3?mm。、

為了保證藍寶石棒3的光透性不受外界污染，將藍寶石棒3密封于石英罩8內(nèi)。

工作時，哈斯特洛伊膜2感受電化學(xué)電極1的溫度變化并發(fā)出熱輻射信號；藍寶石棒3接受哈斯特洛伊膜2發(fā)射的熱輻射信號，接受熱輻射的角度θ=45°，熱輻射直徑為φ₂=2.2?mm，藍寶石棒3再通過光纖4將熱輻射信號傳送至光導(dǎo)管傳感器(Model?OR?1000F，日本)?5；光導(dǎo)管傳感器5將熱輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將此電信號通過微信號放大器6進一步放大；來自電化學(xué)電極1的電信號由導(dǎo)線9導(dǎo)出與來自于微信號放大器6的熱輻射信號一起從引線7引出，輸入電化學(xué)工作站?(如CHI660A等)?10，由電化學(xué)工作站進行處理。