本发明专利技术涉及包括金属氧化物‑聚合物复合物的pH传感器，所述pH传感器包括：连续的聚合物树脂基质；和分散在聚合物树脂基质中的固体粒状组分，其包括(i)金属氧化物和(ii)粒状碳基导体，其中所述金属氧化物包括Ta2O5:RuO2的重量比(基于金属组分的重量)在90:10‑10:90范围的Ta2O5和RuO2。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器。所述复合物包括分散在聚合物基质中的碳基导电颗粒(particles)和金属氧化物颗粒，具体为Ta2O5和RuO2。
技术介绍
pH是用于监测化学和生物过程的最重要的化学参数之一。例如，通常在食品工业、矿物加工、生物加工和环境监测中使用。通常通过使用玻璃pH电极测量pH。玻璃pH电极具有良好的灵敏度和稳定性。然而，它们具有诸多严重缺点，例如高阻抗、机械脆弱性、在高酸性溶液中以及在高温中的不稳定性、响应缓慢以及易受到膜污损。对于溶液体积受限的应用，由于小型化(迷你化，miniaturazation)困难，玻璃电极是不合适的。结果是，非玻璃pH传感器，特别是使用金属氧化物的固态pH传感器，开始吸引大量的关注，因为它们坚固结实(robust)且对阳离子干扰较不敏感。文献(Fogetal.,SensorsandActuators,1984,5,137-146)描述了在贵金属电极表面上形成的金属氧化物膜以及它们在测量氢离子浓度中的应用。归因于金属氧化物的氧化-还原反应的电极电势(electrodepotential)取决于氢离子浓度。有用的金属氧化物包括TiO2、RuO2、RhO2、SnO2、Ta2O5、OsO2、PdO2、PtO2、IrO2等。使用金属氧化物的氢离子选择性电极主要基于这样的事实，归因于金属氧化物的可逆氧化-还原反应的电势取决于氢离子浓度。这些金属/金属氧化物电极表现出对pH的能斯特(Nernstian)或近-能斯特响应。然而，与玻璃pH电极相比，还存在若干缺点。最显著的为(i)由卤素阴离子、还原活性物质以及络合试剂引起的干扰，(ii)偏移(drift)和(iii)迟滞性(hysteresis)。文献(Quanetal.,Bull.KoreanChem.Soc.2005,26,1565-1568)描述了氧化铱/碳-聚合物复合物氢离子电极。这些复合物电极据称具有这样的优点，它们由聚合物材料和碳黑颗粒或石墨颗粒(为导体)组成，且均匀地包括氧化铱颗粒，表现出对氢离子有选择性的敏感度。由于聚合物的机械强度，所述电极具有氢离子选择性和物理稳定性，由此只要电极失活或受到污染，通过简单的抛光方法就能较容易地获得可再生的电极表面。氧化铱/碳-聚合物复合物pH电极具有这样的问题，虽然与传统玻璃电极或聚合物膜电极相比，所述电极具有改善的物理稳定性和表面再生能力，但是所述电极的制造方法是复杂的，电极的pH依赖性(dependency)根据电极显著变化，并且在电极重复使用的期间发生迟滞。美国专利8,486,238通过提供在优选600℃-800℃的温度烧结3-5小时形成的氧化铱玻璃或陶瓷复合物电极来应对Quanetal.文献的问题。文献Miaoetal.,SensorsandActuatorsB,192(2014)399-405公开了五氧化钽基电解质-离子敏感性膜-氧化物-半导体(electrolyte-ionsensitivemembrane-oxide-semiconductor，EIOS)pH传感器并且研究了来自酸溶液中一系列金属离子可能的干扰。将本专利技术
技术介绍
的讨论包括以解释本专利技术。并非承认所参照的任何材料在任何权利要求的优先权日被公开、是已知的或是公知常识的一部分。专利技术概述我们提供包括金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器，包括：连续的聚合物树脂基质；和分散在聚合物树脂基质中的固体粒状组分，所述固体粒状组分包括(i)金属氧化物和(ii)粒状碳基导体其中金属氧化物包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在90:10-10:90、优选80:20-20:80、且更优选70:30-30:70范围内的Ta2O5和RuO2。在一个实施方式中，金属氧化物-聚合物复合物包括：以复合物组成的y重量的量计的聚合物基质和分散在基质中的粒状材料的混合物，所述粒状材料的混合物包括：复合物组成的至少5重量％(以Ta计)的量的粒状Ta2O5；复合物组成的至少5重量％(以Ta计)的量的粒状RuO2；和复合物组成的至少5重量％的量的粒状石墨；和任选地最高达5重量％的选自PtO2、IrO2、TiO2、Er2O3、ZrO2、Si3N4、Al2O3及其混合物的其他金属氧化物。在另一组实施方式中，提供制备包括金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器的方法，所述方法包括将包括金属氧化物和碳基导体的固体粒状组分分散在可硬化的(hardenable)液态树脂中并且使所述液态树脂硬化，其中金属氧化物包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在90:10-10:90、优选80:20-20:80、且更优选70:30-30:70范围内的Ta2O5和RuO2。在另一组实施方式中，提供如上所述的包括金属氧化物-聚合物复合物和与金属氧化物-聚合物复合物电气连接(electricalcommunication)的金属导体的pH传感器。附图说明参照所附附图描述本专利技术的实施方式：图1是装在导线上且置于陶瓷管中以形成根据本专利技术实施方式的工作pH传感器的混合(mixed)金属氧化物-聚合物复合物的截面示意图。图2是根据本专利技术实施方式的包括混合金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器的截面示意图。图3是包括混合金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器的截面示意图，所述混合金属氧化物-聚合物复合物涂覆导电针状物或纤维。根据图4b，图3的传感器可被用作生物样品的pH传感器，其中图4b示出了在生物样品中作为植入物的pH传感器的示意图。图4是比较实施方式的混合金属氧化物复合物pH传感器与参照实例5的非本专利技术的单一金属氧化物的传感器的斜率的图像。图5是表示实施方式的混合金属氧化物复合物pH传感器和参照实施例中的非本专利技术的单一金属氧化物pH传感器的校准的截距点的图像。具体实施方式pH传感器包括金属氧化物-聚合物复合物。所述金属氧化物-聚合物复合物包括RuO2和Ta2O5，和任选地还有其他金属氧化物，以及粒状碳基导体分散在聚合物基质中。我们发现所述复合物的pH传感(检测)特性提供快速的响应时间，对常见阳离子不敏感且允许使用经济性的制造方法。所述复合物还允许形成小型化(迷你化)的pH传感器和它们在包括工业矿物加工、食品加工、环境监测和在生物系统中的广范围的应用。金属氧化物-聚合物复合物的金属氧化物组分包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在90:10-10:90、优选80:20-20:80、且更优选70:30-30:70范围内的Ta2O5和RuO2。RuO2和Ta2O5金属氧化物特别地以这些比例的存在提供了灵敏度和对干扰离子种类的耐受性的改善，而这无法从单独的金属氧化物的贡献所预期。金属氧化物-聚合物复合物的金属氧化物组分可包括其他金属氧化物，然而在一组实施方式中，一般优选RuO2和Ta2O5含量之和构成所述复合物的总金属氧化物含量的至少70重量％、优选至少80重量％且最优选至少90重量％。复合物的金属氧化物组分可因此包括另外的金属化合物，例如选自PtO2、IrO2、TiO2、Er2O3、ZrO2、Si3N4、Al2O3、RhO2、SnO2、La2O3和Li2O的一种或多种。除RuO2和Ta2O5之外的本文档来自技高网...
【技术保护点】
包括金属氧化物‑聚合物复合物的pH传感器，其包括：连续的聚合物树脂基质；和分散在所述聚合物树脂基质中的固体粒状组分，所述固体粒状组分包括(i)金属氧化物和(ii)粒状碳基导体其中所述金属氧化物包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在90:10‑10:90范围内的Ta2O5和RuO2。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.01 AU 20149034841.包括金属氧化物-聚合物复合物的pH传感器，其包括：连续的聚合物树脂基质；和分散在所述聚合物树脂基质中的固体粒状组分，所述固体粒状组分包括(i)金属氧化物和(ii)粒状碳基导体其中所述金属氧化物包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在90:10-10:90范围内的Ta2O5和RuO2。2.根据权利要求1所述的pH传感器，其中所述复合物包括Ta2O5:RuO2重量比(基于金属组分的重量)在70:30-30:70范围内的Ta2O5和RuO23.根据权利要求1或权利要求2所述的pH传感器，其中所述复合物的金属氧化物组分构成总粒状固体物的20重量％-80重量％，所述总粒状固体物包含所述复合物中的金属氧化物和粒状导体，且所述粒状导体构成包含金属氧化物和粒状导体的总粒状固体的20重量％-80重量％。4.根据前述权利要求中任一项的pH传感器，其中包括金属氧化物和粒状碳基导体的粒状组分构成复合物组成的至少40重量％。5.根据前述权利要求中任一项的pH传感器，其中粒状组分构成所述复合物的60重量％-80重量％。6.根据前述权利要求中任一项的pH传感器，其中粒状导体为选自粒状碳、石墨、富勒烯和碳纤维的粒状碳基导体。7.根据前述权利要求中任一项的pH传感器，其中Ta2O5和RuO2构成所述复合物的总金属氧化物含量的至少80重量％。8.根据前述权利要求中任一项的pH传感器，其中所述复合物的金属氧化物组分包括最高达所述金属氧化物组分的20重量％的量的另外的金属氧化物。9.根据前述权利要求8的pH传感器，其中金属氧化物组分进一步包括一种或多种选自以下的金属化合物：PtO2、IrO2、TiO2、Er2O3、ZrO2、Si3N4、...
【专利技术属性】
技术研发人员：M陈，M韦普萨莱宁，
申请(专利权)人：联邦科学及工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU
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