專利名稱：電化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電化學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
胼又稱聯(lián)氨，其化學(xué)式為N2H4，是一種強(qiáng)極性化合物。胼是一種良好的火箭燃料， 與適當(dāng)?shù)难趸瘎┡浜?，可組成高比沖的可貯存液體推進(jìn)劑，此外，胼還可以作為單元推進(jìn)劑用于衛(wèi)星和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制上。胼的水合物即水合胼(N2H4 ·Η20)常用于鍋爐水的除氧劑， 并且是橡膠發(fā)泡劑和異煙胼等藥物的原料。但是，胼類物質(zhì)具有高毒、易燃、易爆等特性，長期暴露在空氣中或短時(shí)間受高溫作用時(shí)會爆炸分解。如果空氣中胼類物質(zhì)的富集濃度過高，會造成大氣污染，危及周圍農(nóng)作物，出現(xiàn)蜂群死亡等現(xiàn)象，此外，胼類蒸氣還具有潛在的致癌性。隨著人們對胼類蒸氣的毒性和潛在致癌性等方面認(rèn)識的深入，各國對胼類蒸氣在大氣中的排放限制越來越嚴(yán)格，例如，我國規(guī)定的工作區(qū)最高允許質(zhì)量濃度為胼(HZ)O. Hmg/m3，一甲基胼(MMH)O. 08mg/m3, 偏二甲胼(UDMH) 0. 5mg/m3。鑒于人們對胼類蒸氣認(rèn)識的深入和各國對胼類蒸氣的限制，胼類蒸氣的檢測方法得到了廣泛的研究?，F(xiàn)有技術(shù)中公開報(bào)道的測定胼類蒸氣的方法主要包括氣相色譜法、氨基亞鐵氰化鈉比色法、對二甲胺基苯甲醛分光度法、紫外分光度法等，但是，上述報(bào)道的方法普遍存在操作繁瑣，使用不便的缺點(diǎn)。由于電化學(xué)傳感器具有操作簡單等特點(diǎn)，因此，用于檢測胼類蒸氣的電化學(xué)傳感器成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)?；瘜W(xué)傳感器通常為三電極類型，包括工作電極、對電極、參比電極和電解液等。在檢測胼類蒸氣時(shí)，胼類蒸氣與工作電極、對電極反應(yīng)形成電流，通過檢測該電流從而檢測胼類蒸氣的質(zhì)量濃度。但是，目前報(bào)道的電化學(xué)傳感器中，由于胼類蒸氣反應(yīng)不充分，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于檢測胼類蒸氣的電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器的準(zhǔn)確性較高。本發(fā)明提供一種電化學(xué)傳感器，包括殼體、工作電極、參比電極、對電極和電解液，所述工作電極包括防水透氣膜、與所述防水透氣膜下表面相接觸的金鎳合金層；所述電解液為堿性溶液。優(yōu)選的，所述工作電極按如下方法制備將質(zhì)量比為(1 100) 1的金納米顆粒與鎳納米顆?；旌?，得到混合物；將所述混合物與防水透氣膜復(fù)合，得到工作電極。優(yōu)選的，所述金納米顆粒與鎳納米顆粒的質(zhì)量比為(5 20) 1。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述殼體內(nèi)、吸附部分所述電解液的第一電解液保持層，所述第一電解液保持層的上表面與所述工作電極的下表面接觸，所述第一電解液保持層的下表面分別與所述參比電極、對電極的上表面接觸。優(yōu)選的，所述第一電解液保持層為聚丙烯膜或親水性玻璃纖維棉層。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述殼體內(nèi)、吸附部分所述電解液的第二電解液保持層，所述第二電解液保持層分別與所述參比電極、對電極的下表面接觸。優(yōu)選的，所述電解液為KOH溶液、CsOH溶液和醋酸鉀溶液中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述電解液的質(zhì)量濃度為5 % 60 %。優(yōu)選的，所述參比電極由如下方法制備將鉬納米顆粒與防水透氣膜復(fù)合，得到參比電極。優(yōu)選的，所述對電極由如下方法制備將鉬納米顆粒與防水透氣膜復(fù)合，得到對電極。本發(fā)明提供一種電化學(xué)傳感器，包括殼體、工作電極、參比電極、對電極和電解液， 所述工作電極包括防水透氣膜、與所述防水透氣膜下表面相接觸的金鎳合金層；所述電解液為堿性溶液。在檢測胼類蒸氣時(shí)，金鎳合金層中的金催化RH4反應(yīng)生成RH3自由基，同時(shí)由于N2H3自由基具有解吸附作用，在電解液中生成N2H2 ；并且，金鎳合金層中的鎳在堿性溶液中反應(yīng)形成NiOOH，然后與N2H2反應(yīng)得到N2,反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對N2H4的催化分解。本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器通過金鎳合金的協(xié)同效應(yīng)，使KH4在工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，生成N2和電子，電子通過外電路傳送至對電極，形成電流，進(jìn)而通過對該電流的測定實(shí)現(xiàn)對胼類蒸氣的準(zhǔn)確檢測。由于本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器利用了金鎳合金的協(xié)同效應(yīng)，可以使待檢測氣體中的胼類蒸氣完全反應(yīng)，因此，該電化學(xué)傳感器具有較高的準(zhǔn)確性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開的電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種電化學(xué)傳感器，包括殼體、工作電極、參比電極、對電極和電解液，所述工作電極包括防水透氣膜、與所述防水透氣膜下表面相接觸的金鎳合金層；所述電解液為堿性溶液。本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)，包括殼體102、工作電極、參比電極、對電極、第一電解液保持層106、第二電解液保持層109 ；其中，所述工作電極包括第一防水透氣膜104、與防水透氣膜104下表面相接觸的金鎳合金層105，電解液存在于第一電解液保持層106和第二電解液保持層109中。從圖中可以看出，殼體102上部具有開口 ；工作電極、參比電極、對電極、第一電解液保持層106、第二電解液保持層109分別設(shè)置于殼體102內(nèi)。其中，第一電解液保持層106 吸附部分所述電解液，第一電解液保持層106上表面與所述工作電極下表面相接觸；第一電解液保持層106的下表面分別與工作電極和參比電極的上表面相接觸。第二電解液保持層109吸附部分所述電解液，第二電解液保持層109的上表面分別與工作電極和參比電極的下表面相接觸。由于電解液分別吸附在第一電解液保持層106和第二電解液保持層109 中，從而在保證了該電化學(xué)傳感器正常工作的同時(shí)，電解液的流動性被限制，從而在一定程度上避免了電解液的泄漏，有利于電化學(xué)傳感器的使用和運(yùn)輸。此外，所述電化學(xué)傳感器還包括具有通孔111的殼體蓋101，殼體蓋101封閉殼體 102的開口，通孔111優(yōu)選位于通孔111的中部。該電化學(xué)傳感器還包括密封圈103，密封圈103通過對殼體102與殼體蓋101之間的密封，保證了第一電解液保持層106內(nèi)吸附的電解液不會從殼體與殼體蓋101的接觸處溢出。所述電化學(xué)傳感器還優(yōu)選包括管腳110，管腳110通過引線分別與工作電極、參比電極、對電極相連。本發(fā)明中，所述工作電極優(yōu)選按如下方法制備將質(zhì)量比為(1 100) 1的金納米顆粒與鎳納米顆?；旌?，得到混合物；將所述混合物與第一防水透氣膜復(fù)合，得到工作電極。所述金納米顆粒與鎳納米顆粒的質(zhì)量比優(yōu)選為(5 20) 1，更優(yōu)選為10 1。所述金納米顆粒的粒徑優(yōu)選為10 500納米，更優(yōu)選為100納米。第一防水透氣膜104優(yōu)選為聚四氟乙烯膜，所述混合物與第一防水透氣膜的復(fù)合方法優(yōu)選采用噴涂或印刷方法。所述參比電極優(yōu)選包括第二防水透氣膜113、與第二防水透氣膜104下表面相接觸的第一鉬層112。所述參比電極優(yōu)選按如下方法制備將鉬納米顆粒與第二防水透氣膜復(fù)合，得到參比電極。所述鉬納米顆粒的粒徑優(yōu)選為10 500納米，更優(yōu)選為100納米。第二防水透氣膜113優(yōu)選為聚四氟乙烯膜，所述鉬納米顆粒與第二防水透氣膜的復(fù)合方法優(yōu)選采用噴涂或印刷方法。所述對電極優(yōu)選包括第三防水透氣膜107、與第三防水透氣膜107下表面相接觸的第二鉬層108。所述對電極優(yōu)選按如下方法制備將鉬納米顆粒與第三防水透氣膜復(fù)合， 得到對電極。所述鉬納米顆粒的粒徑優(yōu)選為10 500納米，更優(yōu)選為100納米。第三防水透氣膜107優(yōu)選為聚四氟乙烯膜，所述鉬納米顆粒與第三防水透氣膜的復(fù)合方法優(yōu)選采用噴涂或印刷方法。第二防水透氣膜113與第三防水透氣膜107可以接觸也可以不接觸；第一鉬層112與第二鉬層108不接觸。第一電解液保持層106和第二電解液保持層109分別用于吸附電解液，電解液存在于第一電解液保持層106和第二電解液保持層109中，從而限制了電解液的流動，保證了電化學(xué)傳感器穩(wěn)定工作。第一電解液保持層106優(yōu)選為聚丙烯膜或親水性玻璃纖維棉層； 第二電解液保持層109優(yōu)選為聚丙烯膜或親水性玻璃纖維棉層。本發(fā)明采用上述聚丙烯膜、親水性玻璃纖維棉等耐堿材料作為電解液保持層，可有效延長傳感器的壽命。同時(shí)，由于本發(fā)明采用的聚丙烯膜或親水性玻璃纖維棉等材料存在易變形等特點(diǎn)，因此，易實(shí)現(xiàn)對工作電極與對電極和參比電極之間的連接，同時(shí)，聚丙烯膜、親水性玻璃纖維棉等材料具有很強(qiáng)的吸附作用，從而可以提供充足的電解液。
本發(fā)明中，所述電解液為堿性溶液，優(yōu)選為堿金屬溶液和/或其他堿性鹽溶液，更優(yōu)選為KOH溶液、CsOH溶液和醋酸鉀溶液中的一種或幾種。所述電解液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為 5% 60%，更優(yōu)選為10% 50%，最優(yōu)選為15% 45%。本發(fā)明采用的電解液有利于納米級鎳粒子的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)^H4的氧化分解。利用本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器對胼類蒸氣中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安測試時(shí)，偏置電壓優(yōu)選為200 800mv。在檢測胼類蒸氣時(shí)，在本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器的工作電極和對電極分別發(fā)生了如下反應(yīng)工作電極Ν2Η4+40Γ — N2+4H20+4e對電極02+2H20+4e — 40F總反應(yīng)為Ν2Η4+02 — N2+2H20胼類蒸氣RH4從殼體蓋101的通孔111擴(kuò)散進(jìn)入，參比電極與工作電極間存在 200 SOOmV的偏置電壓，工作電極中的金在該固定電位下快速使N2H4生成為N2H3自由基， 伴隨著N2H3自由基的解吸附作用在電解液中生成N2H2 ；鎳在堿性溶液中反應(yīng)形成NiOOH， NiOOH使N2H2轉(zhuǎn)化為N2,而自身變?yōu)镹i (OH) 2，Ni (OH) 2可重新轉(zhuǎn)化為NiOOH，反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對N2H4的不斷催化分解。因此，本發(fā)明通過金鎳合金的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)N2H4在工作電極上快速發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為&H4+40H_ — &+4H20+4e，所產(chǎn)生的電子通過外電路提供給對電極。在對電極上，空氣中的O2在鉬的催化作用下和工作電極所提供的電子發(fā)生反應(yīng) 02+2H20+4e — 40Γ。由于氧的還原反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第電流很小，可忽略不計(jì)，所以胼類蒸氣在工作電極上的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律，這樣通過外電路電流的測量可準(zhǔn)確檢測胼類蒸氣的濃度。本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器操作簡單，適用于對胼類蒸氣的檢測。此外，本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器對胼類蒸氣有優(yōu)異的靈敏度和準(zhǔn)確性，可適用于批量生產(chǎn)；該電化學(xué)傳感器不受其他氣體干擾或干擾較小，對胼類蒸氣具有良好的選擇性，適用于化工行業(yè)、航天航空場所、制藥廠和實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)傳感器，包括殼體、工作電極、參比電極、對電極和電解液，其特征在于，所述工作電極包括防水透氣膜、與所述防水透氣膜下表面相接觸的金鎳合金層；所述電解液為堿性溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述工作電極按如下方法制備將質(zhì)量比為(1 100) 1的金納米顆粒與鎳納米顆?；旌?，得到混合物；將所述混合物與防水透氣膜復(fù)合，得到工作電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述金納米顆粒與鎳納米顆粒的質(zhì)量比為(5 20) 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置于所述殼體內(nèi)、吸附部分所述電解液的第一電解液保持層，所述第一電解液保持層的上表面與所述工作電極的下表面接觸，所述第一電解液保持層的下表面分別與所述參比電極、對電極的上表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述第一電解液保持層為聚丙烯膜或親水性玻璃纖維棉層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置于所述殼體內(nèi)、吸附部分所述電解液的第二電解液保持層，所述第二電解液保持層分別與所述參比電極、對電極的下表面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述電解液為KOH溶液、CsOH溶液和醋酸鉀溶液中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述電解液的質(zhì)量濃度為5% 60%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述參比電極由如下方法制備將鉬納米顆粒與防水透氣膜復(fù)合，得到參比電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述對電極由如下方法制備將鉬納米顆粒與防水透氣膜復(fù)合，得到對電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電化學(xué)傳感器，包括殼體、工作電極、參比電極、對電極和電解液，所述工作電極包括防水透氣膜、與所述防水透氣膜下表面相接觸的金鎳合金層；所述電解液為堿性溶液。在檢測肼類蒸氣時(shí)，金鎳合金層中的金催化N2H4反應(yīng)生成N2H3自由基，同時(shí)由于N2H3自由基具有解吸附作用，在電解液中生成N2H2；并且，金鎳合金層中的鎳在堿性溶液中反應(yīng)形成NiOOH，然后與N2H2反應(yīng)得到N2，反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對N2H4的催化分解。由于本發(fā)明提供的電化學(xué)傳感器利用了金鎳合金的協(xié)同效應(yīng)，可以使待檢測氣體中的肼類蒸氣完全反應(yīng)，因此，該電化學(xué)傳感器具有較高的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N27/48GK102253105SQ20111016098
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者張小水, 楊龍, 祁明鋒, 鐘克創(chuàng) 申請人:鄭州煒盛電子科技有限公司