一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法

摘要

一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，该电极利用高比表面积泡沫碳作为基体材料，首先将连接碳板的泡沫碳加工成一定形状，经活化、清洗及干燥处理，然后泡沫碳表面电化学预镀金属铜或镍，通过化学镀银的方法沉积金属银，经过电镀加厚形成均匀银层，再利用电解沉积方法在银表面生成氯化银层；最后将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管内，填充填料，通过与泡沫碳相连接的碳板引出导线，得到泡沫碳基高比表面积Ag/AgCl电场电极。该电极具有高比表面积、高稳定性以及低电位漂移量，并且两相同电极之间的电位差值小、自噪声低，可较好的应用于海洋宽频域电场信号监测以及金属防腐领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，具体涉及一种海洋宽频域电场信号检测和金属腐蚀电位测试的高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，在海洋开发利用过程中，电场信号测量具有重要的应用价值。在舰船的物理电场和海底地质结构的探测中电场信号得到了重要应用。

海水水体流动，切割地球磁场会产生相应的感应电场，这些电场信号能反映海洋环境多重信息。由于舰船大多为不同金属结构组成，不同类型的金属会产生不同的腐蚀电位，故当两种不同金属一起浸泡在海水中时，就会形成腐蚀回路，产生腐蚀电流。另外，为了舰船防腐，需人工施加阴极保护电流。这些电流最终会由于海水的作用流向螺旋桨，再从螺旋桨返回到舰船壳体，形成回路，由于螺旋桨的旋转，引起回路中电阻的周期性变化，从而在海水中形成交变电场信号。另外，海底中不同地质结构对电场信号有不同的电场响应。依照此原理，主动向海底发射一种已知电场信号，观察其反射后电场信号的变化规律，即可分析出海底的地质结构。但是电场信号在海水中衰减很快，且多以低频信号为主，因此，海洋电场信号的监测需要灵敏度高、稳定性好的电极。在防腐领域，金属材料保护不当极易发生腐蚀，尤其在海水环境中腐蚀会更为剧烈和严重，每年都给世界造成巨大经济损失。精确测定材料腐蚀电位以控制腐蚀防护系统的防护电流在防腐领域至关重要，这也需要高稳定性且低自噪声的参比电极。

目前用于电场监测和腐蚀监测的电极种类主要有：铜/硫酸铜电极、铅/氯化铅电极、银/氯化银电极等。这三种电极监测电场的原理相同，主要依靠不同的可逆反应，当周围的电场信号发生变化时，可逆反应中的带电离子受到电场的作用发生移动，导致可逆反应被打破，引起电极电势变化。监测电极电势变化可反推电场信号的变化情况。其中铜/硫酸铜电极对、铅/氯化铅电极对极差较大，主要用于陆地电场监测；银/氯化银电极目前主要通过粉末烧结制得，相比铜/硫酸铜电极和铅/氯化铅电极，粉末烧结银/氯化银电极具有电极性能稳定、使用寿命长等优点，但是其欧姆内阻大，抗极化能力差，电位易漂移，既影响电场测定又影响腐蚀监测。考虑到银价格昂贵，成本高，如何既能提高电极稳定性、降低噪声，又能降低成本，一直是人们追求的目标。电极比表面积越大，电极稳定性将会显著提高，这将有利于海洋电场测试和腐蚀监测，对于提高整个系统的使用性能具有重要意义。泡沫碳基Ag/AgCl电场电极的制备一方面使用比表面积高、价格便宜、质量轻的泡沫碳作为基体材料，另一方面通过在泡沫碳表面使用化学和电化学方法沉积银，得到厚度均匀的银层，这种方法能使银的使用量减少从而能降低制备成本。同时，泡沫碳基Ag/AgCl电场电极具有高比表面积、高稳定性以及低噪声，因而在海洋宽频电场信号监测和腐蚀监测领域其具有很高的应用价值。

发明内容

针对以上问题，本发明制备了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极。为实现本发明的目的，高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极结构如图1所示。其制备方法如下：

将连接碳板的泡沫碳加工成一定形状。

预处理：活化、清洗、干燥。

泡沫碳表面首先电化学预镀金属铜或镍，然后表面化学镀银，经电镀加厚形成均匀银层。

泡沫碳表面银利用电解沉积方法生成氯化银层。

将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管内，填充填料，通过与泡沫碳相连接的碳板引出导线。

本发明内容中以在泡沫碳表面镀银为例描述了其制备电极方法， 与现有技术相比，本发明的增益效果是：

高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极导电性好、表面积大，显著改善电极的稳定性。

高比表面积泡沫碳使Ag/AgCl电场电极具有较高的抗极化性能。

泡沫碳基体质量轻，减小了电极重量。

泡沫碳价格便宜，显著降低电极成本。

高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极具有高稳定性，有利于精确测定腐蚀电位，有利于对腐蚀防护系统防护电流的精确控制。

高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极使腐蚀防护系统能精确控制电位，延长系统寿命。

电极外边的微孔管有利于实现海水交换，防止海流影响。

电极外边的微孔管能够实现泡沫碳基Ag/AgCl电场电极避光保存。

高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极位差（极差）小，稳定性高，有利于成对测试外界电场。

高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极具有高稳定性、低自噪声，对外界电场能灵敏响应，有利于提高电场测试的精度。

附图说明

图1为高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电极结构示意图

其中：1、导线 2、填料 3、端盖 4、微孔管 5、Ag/AgCl层 6、泡沫碳

具体实施方式：

下面根据说明书附图和实施例对本发明进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的设计方案，而不能以此限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本发明涉及了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，将连接碳板的泡沫碳成品6加工成外形为圆柱体的形状，其中半径5 mm，长度为5 cm，活化、清洗及干燥处理后，泡沫碳表面进行电化学预镀金属镍层，再通过化学镀银的方法沉积一层金属银，然后电镀加厚银层，再利用电解沉积的方法在银层表面电解生成氯化银5，再将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管4内，填充石英砂填料2，引出银导线1。

实施例2

如图1所示，本发明涉及了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，将连接碳板的泡沫碳成品6加工成外形为圆柱体的形状，其中半径10 mm，长度为15 cm，活化、清洗及干燥处理后，泡沫碳表面进行电化学预镀金属镍层，再通过化学镀银的方法沉积一层金属银，然后电镀加厚银层，再利用电解沉积的方法在银层表面电解生成氯化银5，再将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管4内，填充石英砂填料2，引出银导线1。

实施例3

如图1所示，本发明涉及了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，将连接碳板的泡沫碳成品6加工成外形为圆柱体的形状，其中半径15 mm，长度为50 cm，活化、清洗及干燥处理后，泡沫碳表面进行电化学预镀金属铜层，再通过化学镀银的方法沉积一层金属银，然后电镀加厚银层，再利用电解沉积的方法在银层表面电解生成氯化银5，再将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管4内，填充石英砂填料2，引出银导线1。

实施例4

如图1所示，本发明涉及了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，将连接碳板的泡沫碳成品6加工成外形为长方体的形状，其中长度10 mm，宽度5 mm，高度30 mm，活化、清洗及干燥处理后，泡沫碳表面进行电化学预镀金属铜层，再通过化学镀银的方法沉积一层金属银，然会电镀加厚银层，再利用电解沉积的方法在银层表面电解生成氯化银5，再将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管4内，填充石英砂填料2，引出银导线1。

实施例5

如图1所示，本发明涉及了一种高比表面积泡沫碳基Ag/AgCl电场电极制备方法，将连接碳板的泡沫碳成品6加工成外形为圆柱体的形状，其中半径5 mm，长度为50 cm，活化、清洗及干燥处理后，泡沫碳表面进行电化学预镀金属铜层，再通过化学镀银的方法沉积一层金属银，然后电镀加厚银层，再利用电解沉积的方法在银层表面电解生成氯化银5，再将泡沫碳基Ag/AgCl电极安装于微孔管4内，填充硅藻土填料2，引出银导线1。

实施例6

在测定40Cr碳钢高NiCr合金涂层的腐蚀电位实验中，采用LK2005B电化学工作站，三电极体系，其中高NiCr合金涂层的40Cr碳钢做工作电极，铂电极做对电极，先后选用饱和甘汞电极和泡沫碳基Ag/AgCl电场电极做参比电极，采用恒电位法测试腐蚀电位，对比发现，采用泡沫碳基Ag/AgCl电场电极做参比电极测试时，得到的电位曲线平稳，腐蚀电位值更加精确。

实施例7

将泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对竖直平行放进长方体玻璃容器内部并固定，向玻璃容器内加入天然海水，使泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对完全浸入海水中；用数据采集仪的电压通道记录泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对两端的电压变化，记录了90个小时的极差变化情况。此种泡沫碳基Ag/AgCl电场电极24小时内极差漂移量为18 μV左右，具有高的极差稳定性。

实施例8

将泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对竖直平行放进长方体玻璃容器内部并固定，向其中加入天然海水，使泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对完全浸入海水中；放入发射电极（碳板），并与信号发生器相连，用数据采集仪的两个电压通道分别记录发射电极和泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对两端的电压变化。将信号发生器的输出信号设置为：1 mHz，50 mV。泡沫碳基Ag/AgCl电场电极准确地监测到信号发生器发射的电场信号。

实施例9

将一对泡沫碳基Ag/AgCl电场电极竖直平行放在长方体玻璃容器内部并固定，串联上电阻箱，连接直流电源，用数据记录仪电压通道记录电极对之间极差变化。测试时通过直流电源施加924.8 nA恒流电流，极化1min。经计算，泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对在924.8 nA恒流极化1 min时产生的极化内阻R_极化=△U/I=25.81>

实施例10

将泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对竖直平行放进长方体玻璃容器内部并固定，向其中加入天然海水，使泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对完全浸入海水中；放入发射电极（碳板），并与信号发生器相连，用数据采集仪的两个电压通道分别记录发射电极和泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对两端的电压变化，用数据记录仪电流通道记录回路的电流信号。将信号发生器的输出信号频率设置为10 mHz，振幅分别为1 mV、5 mV、10 mV、50 mV、100 mV，计算得出其线性度小于0.1%，反映出泡沫碳基Ag/AgCl电场电极能准确响应电场信号。

实施例11

将泡沫碳基Ag/AgCl电场电极对竖直平行放入塑料容器中，加入3.5%NaCl溶液，将电极对与低噪声放大器和数据采集仪相连并放入屏蔽室内。当电极对浸泡24 h后，采集仪开始测量电极对的开路电压，采样频率为2kHz，测量范围为-10 mV～+10 mV，得到电极与测量系统总噪声，减去测量系统固有噪声，可求出此电场传感器在1Hz频点功率谱均方根噪声。经计算，自噪声数值为1.6 nV/@1Hz。