專利名稱：一種參比傳感器用電極材料組合物及參比傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種參比傳感器用電極材料組合物以及使用該電極材料組合物的參比傳感器。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)測對于混凝土耐久性的研究具有重要的意義。通常情況下，通過參比傳感器與相應(yīng)離子選擇傳感器的配套使用，來監(jiān)測相應(yīng)的離子濃度，從而達到了解混凝土內(nèi)部環(huán)境的目的。目前，現(xiàn)有的參比傳感器包括管體、導(dǎo)線以及在管體內(nèi)依次排列的水泥膠體層、 氫氧化鈣膠體層、電極層、以及封裝層，其中，所述電極層的材料為二氧化錳，導(dǎo)線的一端穿過封裝層與電極層具有電連接。這種參比傳感器能夠應(yīng)用在對混凝土耐久性的研究中，但存在的問題是電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的參比傳感器存在的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性差的缺點，提供一種具有優(yōu)良的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性的參比傳感器用電極材料組合物，以及使用這種電極材料組合物的參比傳感器。本發(fā)明提供了一種參比傳感器用電極材料組合物，其中，該電極材料組合物含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份， 水的含量為15-40重量份。本發(fā)明還提供了一種參比傳感器，其中，該參比傳感器包括管體、導(dǎo)線以及在管體內(nèi)依次排列的水泥膠體層、氫氧化鈣膠體層、電極層和封裝層，其中，導(dǎo)線的一端穿過封裝層與電極層電連接；所述電極層含有本發(fā)明提供的電極材料組合物。本發(fā)明提供的電極材料組合物不僅僅含有二氧化錳，而是一種具有特定組成和比例的含有二氧化錳的組合物，使用這樣的電極材料組合物制得的本發(fā)明的參比傳感器的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性均顯著提高。此外，當所述參比傳感器還設(shè)置有導(dǎo)電層時，能夠提高電極層與導(dǎo)電層之間的接觸面積，同時由于導(dǎo)電層的導(dǎo)電性能要明顯好于電極層的材料，從而使導(dǎo)線與導(dǎo)電層的電接觸更好，并且導(dǎo)電層的環(huán)境還能夠保護導(dǎo)線不受腐蝕，使制得的參比傳感器的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性更進一步地提高。


圖1為本發(fā)明實施例4中制得的參比傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例5和6中制得的參比傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種參比傳感器用電極材料組合物，其中，該電極材料組合物含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份， 水的含量為15-40重量份；優(yōu)選情況下，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為 1-5重量份，水的含量為15-20重量份。根據(jù)本發(fā)明，所述二氧化錳的平均粒子直徑可以為0. 5-2微米，優(yōu)選為0. 8-1. 5微米，二氧化錳的純度可以為97% -99%。如圖1所示，本發(fā)明還提供了一種參比傳感器，其中，該參比傳感器包括管體1、 導(dǎo)線6以及在管體1內(nèi)依次排列的水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4和封裝層5， 其中，導(dǎo)線6的一端穿過封裝層5與電極層4電連接；所述電極層4含有本發(fā)明提供的電極材料組合物。根據(jù)本發(fā)明，水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4和封裝層5的厚度比可以為1 0.3-1.5 0.3-1.5 0.5-1. 5，在這樣的比例范圍內(nèi)，所述參比傳感器具有更好的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性。優(yōu)選地，所述電極層4的厚度可以為3-10毫米，更優(yōu)選為3-6毫米。根據(jù)本發(fā)明，所述氫氧化鈣膠體層3含有氫氧化鈣和水，其中，氫氧化鈣和水的含量比可以在很大范圍內(nèi)改變，但優(yōu)選情況下，相對于100重量份的氫氧化鈣，水的含量可以為100-200重量份，更優(yōu)選為100-150重量份。本發(fā)明中，封裝層5的作用是用于對參比傳感器的末端進行密封，封裝層5的材料沒有特別的限制，優(yōu)選情況下，封裝層5由環(huán)氧樹脂固化形成，所述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為 0. 2-1，優(yōu)選為 0. 4-0. 6。此外，水泥膠體層2的作用是為了封閉參比傳感器的端部，并允許所要檢測的離子透過從而進入?yún)⒈葌鞲衅?，水泥膠體層2是由水泥膠體組合物經(jīng)固化后形成的，所述水泥膠體組合物可以含有水泥和水，其中，水泥和水的含量比可以在很大范圍內(nèi)改變，例如， 相對于100重量份的水泥，水的含量可以為40-60重量份，更優(yōu)選為40-50重量份。所述水泥的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，并可以通過商購得到，例如，長沙坪塘水泥有限公司生產(chǎn)的32. 5牌號的水泥。另外，管體1的材料要求不能與金屬或金屬氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有一定的強度不使位于其內(nèi)部的各個層結(jié)構(gòu)受到破壞且不透過離子即可，例如，可以為PVC管、樹脂類材料管都可，優(yōu)選為PVC管。管體1的尺寸可以在很大范圍內(nèi)改變，但為了使用方便，優(yōu)選情況下，管體1的長徑比可以為4-6 1。所述導(dǎo)線的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，可以為金屬銅導(dǎo)線。此外，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當所述參比傳感器還設(shè)置有導(dǎo)電層7時，能夠提高電極層4與導(dǎo)電層7之間的接觸面積，同時由于導(dǎo)電層7的導(dǎo)電性能要明顯好于電極層4 的材料，從而使導(dǎo)線6與導(dǎo)電層7的電接觸更好，并且導(dǎo)電層7的環(huán)境還能夠保護導(dǎo)線不受腐蝕，使制得的參比傳感器的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性更進一步地提高。因此，在一種優(yōu)選實施方式中，如圖2所示，所述參比傳感器還包括導(dǎo)電層7，導(dǎo)電層7位于電極層4和封裝層5之間，且導(dǎo)線6的一端穿過封裝層5與導(dǎo)電層7電連接，從而使導(dǎo)線6通過導(dǎo)電層7與極層4電連接。根據(jù)本發(fā)明，所述導(dǎo)電層7可以由石墨粉末制成，其中，所述石墨粉末的平均粒子直徑可以為0. 5-4微米，優(yōu)選為1-2. 5微米。導(dǎo)電層7的厚度可以在很大范圍內(nèi)改變，但優(yōu)選情況下，水泥膠體層2與導(dǎo)電層7的厚度比可以為1 0.5-1. 5，這樣能夠獲得更好的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性。本發(fā)明中，所述參比傳感器的制備方法可以包括把管體1的一個末端A固定在固定臺面上，在管體1的另一個末端處(B端)填充水泥膠體組合物并使其固化，形成水泥膠體層2;通過管體1的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入氫氧化鈣和水的混合物，形成氫氧化鈣膠體層3 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入二氧化錳、氫氧化鈣和水的混合物，形成電極層4 ；通過管體1的另一末端(B端)將導(dǎo)線6插入到形成電極層4中，然后向管體1內(nèi)引入封端層材料(如環(huán)氧樹脂)并使其固化，形成封端層5。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述參比傳感器的制備方法可以包括把管體1的一個末端A固定在固定臺面上，在管體1的另一個末端處(B端)填充水泥膠體組合物并使其固化，形成水泥膠體層2 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入氫氧化鈣和水的混合物，形成氫氧化鈣膠體層3 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入二氧化錳、 氫氧化鈣和水的混合物，形成電極層4;通過管體1的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入石墨粉末，形成導(dǎo)電層7 ；通過管體1的另一末端(B端)將導(dǎo)線6插入到形成導(dǎo)電層7中，然后向管體1內(nèi)引入封端層材料(如環(huán)氧樹脂)并使其固化，形成封端層5。根據(jù)本發(fā)明，管體1、導(dǎo)線6以及在管體1內(nèi)依次排列的水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4、導(dǎo)電層7和封裝層5的材料及組成比例，在上文中已有描述，在此不再贅述。下面通過具體的實施例對本發(fā)明進行更加詳細的描述。實施例1將100重量份的二氧化錳粉末(平均粒子直徑為0. 8微米，純度為97. 85% ),10 重量份的氫氧化鈣和40重量份的水混合均勻，得到電極材料組合物Al。實施例2將100重量份的二氧化錳(平均粒子直徑為1. 12微米，純度為97. 85% )、5重量份的氫氧化鈣和20重量份的水混合均勻，得到電極材料組合物A2。實施例3將100重量份的二氧化錳(平均粒子直徑為1. 5微米，純度為97. 85% )、1重量份的氫氧化鈣和15重量份的水混合均勻，得到電極材料組合物A3。實施例4(1)在長度為5厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和60重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為1. 0厘米)；(2)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和200重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為1. 5厘米)；(3)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入實施例1制得的電極材料組合物Al，形成電極層4(厚度為1.5厘米)；(4)通過PVC管的另一末端(B端)將導(dǎo)線6插入到形成電極層4中，然后向管體 1內(nèi)引入封端層材料(如環(huán)氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為1.0厘米)。重復(fù)上述過程三次，得到具有圖1所示結(jié)構(gòu)的參比傳感器Β1-1、Β1-2和B1-3。實施例5(1)在長度為4厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和50重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為1. 0厘米)；(2)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和150重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為0. 8厘米)；(3)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入實施例2制得的電極材料組合物A2，形成電極層4(厚度為0.8厘米)；(4)通過PVC管的末端(B端)向管體1內(nèi)引入石墨粉末(平均粒子直徑為1.0微米，純度為99.99% )，形成導(dǎo)電層7(厚度為1.0厘米)；(5)通過PVC管的另一末端(B端)將導(dǎo)線6插入到形成導(dǎo)電層7中，然后向管體 1內(nèi)引入封端層材料(如環(huán)氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為1.4厘米)。重復(fù)上述過程三次，得到具有圖2所示結(jié)構(gòu)的參比傳感器Β2-1、Β2-2和B2-3。實施例6(1)在長度為4厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和40重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為1. 0厘米)；(2)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和100重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為1. 5厘米)；(3)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內(nèi)引入實施例3制得的電極材料組合物A3，形成電極層4(厚度為1.0厘米)；(4)通過PVC管的末端(B端)向管體1內(nèi)引入石墨粉末(平均粒子直徑為1.8微米，純度為99. 99% ),形成導(dǎo)電層7 (厚度為1. 2厘米)；(5)通過PVC管的另一末端(B端)將導(dǎo)線6插入到形成導(dǎo)電層7中，然后向管體 1內(nèi)引入封端層材料(如環(huán)氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為0.5厘米)。重復(fù)上述過程三次，得到具有圖2所示結(jié)構(gòu)的參比傳感器Β3-1、Β3-2和B3-3。對比例1根據(jù)與實施例4相同的方法制備參比傳感器，不同在于使用單純的二氧化錳替代實施例1制得的電極材料組合物。重復(fù)上述過程三次，得到參比傳感器CB1-1、CB1-2和 CB1-3。實施例7-9通過以下方法檢測實施例4-6制得的參比傳感器的電位穩(wěn)定性、電位重現(xiàn)性，結(jié)果如表1所示(1)以甘汞電極為參比電極，二氧化錳為工作電極，在混凝土模擬溶液中用上海乾峰電子儀器有限公司生產(chǎn)的PZ93A-2數(shù)字電壓表，每天測試每一個自制參比傳感器的電位，比較每一個傳感器每天的電位變化，以此來檢驗其電位穩(wěn)定性。(2)以甘汞電極為參比電極，二氧化錳為工作電極，在混凝土模擬溶液中用上海乾峰電子儀器有限公司生產(chǎn)的PZ93A-2數(shù)字電壓表，測試每一個自制參比傳感器的電位，比較每天每組三個傳感器的電位變化，以此來檢驗其電位重現(xiàn)性。表 權(quán)利要求
1.一種參比傳感器用電極材料組合物，其中，該電極材料組合物含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份，水的含量為15-40重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極材料組合物，其中，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-5重量份，水的含量為15-20重量份。
3.—種參比傳感器，其中，該參比傳感器包括管體(1)、導(dǎo)線(6)以及在管體⑴內(nèi)依次排列的水泥膠體層O)、氫氧化鈣膠體層(3)、電極層(4)和封裝層(5)，其特征在于，導(dǎo)線(6)的一端穿過封裝層(5)與電極層⑷電連接；所述電極層⑷含有權(quán)利要求1或2所述的電極材料組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，水泥膠體層O)、氫氧化鈣膠體層(3)、電極層(4)和封裝層(5)的厚度比為1 0.3-1.5 0.3-1.5 0.5-1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的參比傳感器，其中，所述電極層(4)的厚度為5-15毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，所述氫氧化鈣膠體層C3)含有氫氧化鈣和水，相對于100重量份的氫氧化鈣，水的含量為100-200重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，封裝層(5)由環(huán)氧樹脂固化形成，所述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為0. 2-1。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，水泥膠體層( 是由水泥膠體組合物經(jīng)固化后形成的，所述水泥膠體組合物含有水泥和水，相對于100重量份的水泥，水的含量為 40-60重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，該參比傳感器還包括導(dǎo)電層(7)，導(dǎo)電層(7)位于電極層⑷和封裝層(5)之間，且導(dǎo)線(6)的一端穿過封裝層(5)與導(dǎo)電層(7)電連接，從而使導(dǎo)線(6)通過導(dǎo)電層(7)與極層(4)電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的參比傳感器，其中，水泥膠體層⑵與導(dǎo)電層(7)的厚度比為 1 0. 5-1. 5。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的參比傳感器，其中，管體(1)的長徑比為4-6 1。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種參比傳感器用電極材料組合物，其中，該電極材料組合物含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份，水的含量為15-40重量份。本發(fā)明還提供了包括該組合的參比傳感器電極。本發(fā)明提供的電極材料組合物不僅僅含有二氧化錳，而是一種具有特定組成和比例的含有二氧化錳的組合物，使用這樣的電極材料組合物制得的本發(fā)明的參比傳感器的電位穩(wěn)定性和電位重現(xiàn)性均顯著提高。
文檔編號G01N27/30GK102183559SQ20111006531
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者何占元, 劉棟, 衛(wèi)軍, 唐永康, 尹成斐, 李峰幟, 李桂保, 樊玲, 王青, 班霞, 董榮珍, 賈晉中 申請人:中南大學(xué), 中國神華能源股份有限公司, 朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司