專利名稱：基于EB-PVD與Sol-Gel的全固態(tài)參比電極制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)學(xué)科，具體說就是一種基于EB-PVD與Sol-Gel的全固態(tài)參比電極 制備方法。
背景技術(shù)：
鋼混結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今及以后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍將采用的主要結(jié)構(gòu)型式之一，鋼筋腐蝕 是降低鋼混結(jié)構(gòu)耐久性并造成重大損失的最主要原因，鋼筋腐蝕的危害之大出乎意料，隨 著全球氣候與環(huán)境的惡化，這一問題勢(shì)必呈現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢(shì)，鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕問題 正引起全世界廣泛關(guān)注。鋼筋腐蝕的電化學(xué)本質(zhì)，決定了電化學(xué)理論是研究鋼筋腐蝕的直 接、本質(zhì)途徑。鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)為鋼混結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)、安全評(píng)定與全壽命設(shè)計(jì)提供科學(xué)依 據(jù)。在土木工程中鋼筋腐蝕的監(jiān)測(cè)是結(jié)構(gòu)安全評(píng)定、維修加固及全壽命設(shè)計(jì)的重要組成部 分。在混凝土環(huán)境下，由于混凝土的多孔性，水分與氧氣可以沿著孔隙和裂紋遷移，這 恰好是低碳鋼和高強(qiáng)度合金鋼等鋼材腐蝕的必要條件。在大多數(shù)情形下沒有發(fā)生腐蝕的原 因是這些孔隙中由于水泥的水化過程形成了高濃度的鈣、鈉和鉀的氫氧化物，從而保持了 PH值在12-13之間，這一高堿度環(huán)境是鋼材鈍化，形成致密的γ型氧化鐵防止了鋼材的快 速腐蝕。然而當(dāng)Cl—(來自除冰鹽或者海水)經(jīng)過混凝土表面在鋼筋表面進(jìn)行聚集或者由于 CO2 (來自大氣，也是造成全球氣候變暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情況 下，鈍化膜遭到破壞，混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用失效，在A以及H2O充足的情況下鋼筋截面 積減小或者出現(xiàn)蝕點(diǎn)。土木工程中絕大多數(shù)(除了部分高溫氧化反應(yīng)外)鋼材的腐蝕過程都是電化學(xué)過 程，所以電化學(xué)方法成為監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中鋼材腐蝕的最本質(zhì)的方法。近些年來國內(nèi)外的科研工 作者采用電化學(xué)方法對(duì)腐蝕科學(xué)問題進(jìn)行了大量的研究，通過穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)電化學(xué)方法的研 究，不但能夠獲得諸如腐蝕電流密度、腐蝕速率這樣的基本參數(shù)，還能夠得知揭示腐蝕電化 學(xué)過程的更詳細(xì)的信息，如極化電阻、雙電層電容、擴(kuò)散過程、點(diǎn)蝕的發(fā)生過程等等。這些參 數(shù)的測(cè)量能夠?yàn)楦g監(jiān)測(cè)提供更加可靠的依據(jù)。建立基于電化學(xué)技術(shù)的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確掌握鋼筋的腐蝕狀態(tài)，為大 規(guī)模鋼混結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定及全壽命設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。腐蝕傳感器為豐富的電化學(xué)測(cè)試技 術(shù)提供硬件支持，是確保各種腐蝕監(jiān)測(cè)方法能夠在實(shí)際工程中得以應(yīng)用的載體和平臺(tái)。參 比電極(Reference Electrode,RE)是構(gòu)成腐蝕傳感器的核心部件，是腐蝕電化學(xué)測(cè)試過程 中度量電極電位的“標(biāo)尺”。目前研究及應(yīng)用的全固態(tài)參比電極，還普遍存在電極電位不穩(wěn) 定、易受環(huán)境因素影響及服役壽命短等問題。因此，研制具有優(yōu)異服役性能的全固態(tài)RE是 實(shí)現(xiàn)重大鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于EB-PVD與Sol-Gel的全固態(tài)參比電極制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的首先，采用滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的EB-PVD技術(shù)，在 Ti基體上沉積Mo/Ta 二元合金薄膜，進(jìn)而對(duì)制備態(tài)薄膜在控制&氣氛下進(jìn)行后氧化處理， 形成混合金屬氧化物層，使得二元合金膜層具備參比電極功能；其次，以丙烯酰胺及丙烯酸 為載體，制備維持電極電位穩(wěn)定的Sol-Gel復(fù)合材料導(dǎo)電功能層；最后，集成所制備的參比 電極功能層及導(dǎo)電層，構(gòu)建具有五層結(jié)構(gòu)的全固態(tài)參比電極；具體步驟如下步驟一混合金屬氧化物層參比電極功能芯的制備包括EB-PVD態(tài)和氧化態(tài)兩個(gè)過程，通過優(yōu)化EB-PVD沉積工藝參數(shù)，在Ti棒上得 到制備態(tài)二元合金膜，進(jìn)而，通過控制氧分壓對(duì)制備態(tài)的合金膜進(jìn)行氧化處理，采用雙源蒸 發(fā)EB-PVD制備合金膜，通過調(diào)整基板溫度、沉積速率、靶基距、蒸汽入射角優(yōu)化制備工藝， 選定0. 3 < Ts/Tm < 0. 5與0. 5 < Ts/Tm < 1兩個(gè)基板溫度區(qū)，選定EB-PVD控制參數(shù)見表 1，將EB-PVD制備完成后的二元合金膜，在高溫爐內(nèi)進(jìn)行氧化處理，氧化溫度為700°C，持載 時(shí)間為lOmin，升溫速率為10°C /min。表IEB-PVD沉積功能膜層的控制參數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種基于EB-PVD與Sol-Gel的全固態(tài)參比電極制備方法，其特征在于首先，采用 滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的EB-PVD技術(shù)，在Ti基體上沉積Mo/Ta 二元合金薄膜，進(jìn)而對(duì)制備態(tài) 薄膜在控制化氣氛下進(jìn)行后氧化處理，形成混合金屬氧化物層，使得二元合金膜層具備參 比電極功能；其次，以丙烯酰胺及丙烯酸為載體，制備維持電極電位穩(wěn)定的Sol-Gel復(fù)合材 料導(dǎo)電功能層；最后，集成所制備的參比電極功能層及導(dǎo)電層，構(gòu)建具有五層結(jié)構(gòu)的全固態(tài) 參比電極；具體步驟如下步驟一混合金屬氧化物層參比電極功能芯的制備包括EB-PVD態(tài)和氧化態(tài)兩個(gè)過程，通過優(yōu)化EB-PVD沉積工藝參數(shù)，在Ti棒上得到 制備態(tài)二元合金膜，進(jìn)而，通過控制氧分壓對(duì)制備態(tài)的合金膜進(jìn)行氧化處理，采用雙源蒸發(fā) EB-PVD制備合金膜，通過調(diào)整基板溫度、沉積速率、靶基距、蒸汽入射角優(yōu)化制備工藝，選定 0. 3 < Ts/Tm < 0. 5與0. 5 < Ts/Tm < 1兩個(gè)基板溫度區(qū)，選定EB-PVD控制參數(shù)見表1，將 EB-PVD制備完成后的二元合金膜，在高溫爐內(nèi)進(jìn)行氧化處理，氧化溫度為700°C，持載時(shí)間 為lOmin，升溫速率為IO0C /min ；表IEB-PVD沉積功能膜層的控制參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于EB-PVD與Sol-Gel的全固態(tài)參比電極制備方法，采用滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的EB-PVD技術(shù)，在Ti基體上沉積Mo/Ta二元合金薄膜，對(duì)制備態(tài)薄膜在控制O2氣氛下進(jìn)行后氧化處理，形成混合金屬氧化物層，使得二元合金膜層具備參比電極功能；以丙烯酰胺及丙烯酸為載體，制備維持電極電位穩(wěn)定的Sol-Gel復(fù)合材料導(dǎo)電功能層；集成所制備的參比電極功能層及導(dǎo)電層，構(gòu)建具有五層結(jié)構(gòu)的全固態(tài)參比電極。本發(fā)明EB-PVD的沉積速率較快，能夠在10min～30min內(nèi)沉積數(shù)百微米的功能層薄膜，大大降低了制備時(shí)間。制備態(tài)的薄膜采用后氧化工藝處理，使得薄膜出現(xiàn)從未氧化到完全氧化的梯度狀態(tài)，確保電化學(xué)性能的有效性。
文檔編號(hào)G01N27/30GK102087241SQ20101054647
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者喬國富, 歐進(jìn)萍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)