一种深海长寿命电场传感器制造技术

本发明专利技术提供的是一种适用于深海环境的电场传感器，包括保护外壳，自上而下布置于外壳内的内电极芯体和滤芯，其特征是：所述的滤芯为硅藻陶瓷筒，所述的内电极芯体由纳米银和纳米氯化银粉体混合石墨烯浆料压制煅烧而成，内电极芯体的上端以环氧树脂密封填充，电极导线由内电极芯体的上端通过焊点穿过环氧树脂密封填充物后引出外壳，内电极芯体固定在保护外壳上端的固定密封套上，往外依次是硅藻陶瓷筒和保护外壳，保护外壳的另一侧与外界环境相连，其底部有一固定压帽。可应用于深海石油管道、深海通讯电缆、深海探测设备中的电场信号监检测和自动控制设备探头。本发明专利技术具有结构简单、性能稳定、灵敏度高、使用寿命长等优点，应用前景较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电场传感器，尤其是一种能够在深海环境中稳定使用的长寿命电场传感器，及内电极芯体的制备方法。
技术介绍
随着海洋学的发展，海洋电场的探测已经成为海洋科学研究中的一项重要高新技术，在深海石油管道、深海通讯电缆、深海探测等方面有广泛应用。由于海洋中的电场信号很微弱，高灵敏度、低噪声的海洋电传感器的研制成为海洋电磁探测的重要研究内容之一。目前用于海洋电场探测的传感器探头主要是全固态Ag/AgCl电极，相比于其它电极而言，全固态Ag/AgCl电极由于耐压、抗腐蚀、高稳定性和高灵敏度，在海洋电场探测方面脱颖而出，并被广泛地用于制备海洋电场传感器。纳米银粒子除具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等一般贵金属纳米粒子的特性外，还呈现出优于普通材料的电学性能，使其应用越来越广泛(AnalyticalChemistry，2009，81:6496-6502)。石墨烯特有的晶格结构，使它具有有优异的导电性和大的比表面积，在电极及电池制备中被广泛应用。纳米氯化银和纳米银和石墨烯浆料混合制备内电极芯体，工艺条件简单易行，电极性能稳定、使用方便，应用前景广阔。它表现出良好的生物相容性、抗菌性能、非线性光学性能等，使其在催化剂、介电材料、抗菌材料以及表面增强拉曼散射技术等方面有着广泛的应用。因此，纳米银作为一种新型材料成为近几年电化学领域研究的热点。专利201210239174.4描述了一种用于深海高静水压的参比电极。该电极的盐桥由饱和氯化钾溶胶凝胶和均匀弥散分布于饱和氯化钾溶胶凝胶中的氯化钾粒状物构成，可以减少盐桥填充液的渗出或流失，提高使用寿命，减少维护次数。但是电极内部仍然存在液接电势，存在对内电极的污染，在高静水压环境中其稳定性和灵敏度很容易降低，从而引起误测。李娇用粉末压片法制备的银/卤化银参比电极短期稳定性较好，极差在0.4-0.8mV之间，但是长期放置海水中需要一周左右电极才达到稳定，极差在0.7-0.8mV之间。该电极长期稳定性使其应用受限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种深海长寿命电场传感器及内电极芯体制备方法。为充分达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：包括保护外壳，自上而下布置于外壳内的内电极芯体和滤芯，其特征是：所述的滤芯为硅藻陶瓷筒，所述的内电极芯体由纳米银和纳米氯化银粉体混合石墨烯浆料压制煅烧而成，内电极芯体的上端以环氧树脂密封填充，电极导线由内电极芯体的上端通过焊锡点穿过环氧树脂密封填充物后引出外壳，内电极芯体固定在保护外壳上端的固定密封套上，往外依次是硅藻陶瓷筒和保护外壳，保护外壳的另一侧与外界环境相连，其底部有一固定压帽。室温下将分析纯AgNO3和NaCl粉体按照重量比1:1.2置于球磨机中进行程序化粉碎球磨50min，得到纳米氯化银粉体。纳米银和纳米氯化银粉体按照重量比1:1.72的比例，与2％质量份的粘合剂混合造粒，压制压力为10MPa，成型后于210℃温度下烧结。压制使用的粘合剂为石墨烯浆料。本专利技术还包括：1)所述外壳由固定密封套管、套管和固定压帽组成，套管的上下两端通过螺纹分别与固定密封套管和固定压帽套连接。2)固定密封套管材质为尼龙，套管材质可为AB、PE、PVC中的一种。3)内电极芯体的上端镶嵌纯银柱体，电极导线的一端通过焊锡结点与纯银柱体连接在一起。本专利技术所具有的优点：本专利技术的技术方案解决了三大技术难题：其一，固定密封套管、套管使用了耐压、抗腐蚀性能优良的尼龙或AB、PE、PVC中的一种，外壳一端可以使海水自由进出，避免在深海高静水压力条件下电传感器外壳腔体内外巨大的压力差导致电外壳形变或压裂。其二，使用纳米级的银粉和氯化银粉体与石墨烯混合制备内电极芯体，可以大大增加比表面积，且比常用的银粉和氯化银粉体的熔点低，实现了较低温度下的电极压制，工艺更为简单易行，且灵敏度高，稳定性好。其三，硅藻陶瓷筒作为滤芯既可以过滤海水中的不溶有机和无机物又可以作为参比电极的第二液接界面，防止在电极芯体上的银离子和银氯络合离子在第一界面上形成的氯化银沉淀而堵塞电极，大大减低污染引起的电极电位的漂移。通过上述三种技术措施的实施，极大地降低了液接界面上对电极的污染，有效地防止电极电位的漂移，获得了稳定的电极电位；良好的导电材料通过合理的工艺制备了质地均匀、比表面积大、灵敏度高，稳定性好和工艺简单易行的电传感器，实现耐高压、免维护、长寿命的使用效果。可应用于深海石油管道、深海通讯电缆、深海探测设备中的电场信号监检测和自动控制设备探头。本专利技术具有结构简单、性能稳定、灵敏度高、使用寿命长等优点，应用前景较好。附图说明图1是本项专利技术的结构示意图。图2是本项专利技术的极差电位图。具体实施方式为阐明对本项专利技术特征的理解，下面结合一些非限定性的实施实例对本专利技术做进一步阐述。实施例1：下面结合附图举例对本专利技术作进一步描述：结合图1。电极引线1一端通过焊锡结点5与镶嵌在银/氯化银粉体压制烧结的圆柱状的内电极芯体7上表面中的纯银柱体6连接在一起，内电极芯体7放置在电极套管9中部，利用环氧密封填充物4固定，要求内电极芯体7露出下表面，其余表面使用环氧密封填充物4密封；电极引线1另一端穿过环氧密封填充物4后穿出电极套管9上开口并穿过电极固定密封套3通孔延伸至参比电极主体之外作为连接监、检测设备与电化学工作站等信号接口之用；电极套管9上端内加工有外螺纹，电极固定密封套3内壁加工螺纹，电极套管9上端外壁加工的内螺纹与电极固定密封套3以螺纹连接，之间加入耐压密封垫2实现电极上端的固定和密封；电极套管9下端外壁加工螺纹，与电极下端电极固定帽10内壁加工的内螺纹实现咬合；电极固定帽10与电极套管9咬合空间中利用耐压密封垫2实现对硅藻陶瓷筒8的固定和密封。实施例2：纳米氯化银粉体的制备。室温下将分析纯AgNO3和NaCl粉体按照重量比1:1.2置于球磨机中进行程序化粉碎球磨50min，得到纳米氯化银粉体。实施例3：内电极芯体压制煅烧。纳米银和纳米氯化银粉体按照重量比1:1.72的比例，与2％质量份的粘合剂混合造粒，压制压力为10MPa，成型后于210℃温度下烧结。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于深海环境的电传感器，包括保护外壳，自上而下布置于外壳内的内电极芯体和滤芯，其特征是：所述的滤芯为硅藻陶瓷筒，所述的内电极芯体由纳米银和纳米氯化银粉体混合石墨烯浆料压制煅烧而成，内电极芯体的上端以环氧树脂密封填充，电极导线由内电极芯体的上端通过焊点穿过环氧树脂密封填充物后引出外壳，内电极芯体固定在保护外壳上端的固定密封套上，往外依次是硅藻陶瓷筒和保护外壳，保护外壳的另一侧与外界环境相连，其底部有一固定压帽。

【技术特征摘要】
1.一种适用于深海环境的电传感器，包括保护外壳，自上而下布置于外壳内的内电极芯体和滤芯，其特征是：所述的滤芯为硅藻陶瓷筒，所述的内电极芯体由纳米银和纳米氯化银粉体混合石墨烯浆料压制煅烧而成，内电极芯体的上端以环氧树脂密封填充，电极导线由内电极芯体的上端通过焊点穿过环氧树脂密封填充物后引出外壳，内电极芯体固定在保护外壳上端的固定密封套上，往外依次是硅藻陶瓷筒和保护外壳，保护外壳的另一侧与外界环境相连，其底部有一固定压帽。2.根据权利要求1所述的适用于深海环境的电场传感器，其特征是：所述外壳由固定密封套管、套管和固定压帽组成，套管的上下两端通过螺纹分别与固定密封套管和固定压帽套连接。3.根据权利要求2所述的适用于深海环境的电传感器，其特征是：固定密封套管材质为尼龙、ABS、PE、PVC中的一种。4.根据权利要求1或2所述的适用于深海环境的电场传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昉，钟华，张慧，王国蕊，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37