基于斜入射光反射差法的透明电极电势实时监控装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于斜入射光反射差法的电极电势实时监控装置，包括用于发射出一束椭圆偏振的极化光的激光器，极化光依次经过光弹调制器和相移器，然后通过入射透镜按照预设入射角斜入射到透明电极表面；从透明电极表面返回的反射光经过偏振分析器，然后经过光电二极管转换成电压信号，两台所述锁相放大器采集电压信号中调制频率的基频分量信号和倍频分量信号，并输入到处理器进行处理。本发明专利技术提供的装置，利用斜入射光反射差技术对透明电极\溶液界面的电极电势进行实时监测，直接实时原位监控电极电势的变化，在扫描模式下可对整个电极表面的电势分布进行检测和成像，为电极表面电势的时空分辨测量提供了一种新型的方法。

Real time monitoring device and method of transparent electrode potential based on the reflection difference method of oblique incidence light

【技术实现步骤摘要】
基于斜入射光反射差法的透明电极电势实时监控装置及其方法
本专利技术涉及电化学分析测试
，特别是一种基于斜入射光反射差法的透明电极电势实时监控装置及其方法。
技术介绍
测量电极/溶液界面上的电极电势对于研究表面电化学现象和相关纳米科学、能源研究和生物电化学等具有重要的意义。目前检测电极电势有很多方法，主要分为电学和光学技术。而现有光学技术包括电致化学发光、表面等离子体共振成像显微镜等均有各自明显的局限性；电学测量方法依赖电子连接，难以对整个电极表面的电极电势进行空间分辨测量(成像)，在要求无线远程测量时不适用。现有的对电极的电势状态进行检测时，一般是通过与电极表面接触或电连接的方式进行，但是，这种检测方式会对电极表面本身带来一定的影响，导致监测不准确，或者对电极造成损害。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于斜入射光反射差法的透明电极电势实时监控装置和方法，该装置和方法实现了对电极电势非接触的实时无损监控，适用于各种的电极表面的实时监控成像，同时也适用于固液界面的电极电势的实时监控。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供的基于斜入射光反射差法的电极电势实时监控装置，包括激光器、光弹调制器、相移器、入射透镜、电极、出射透镜、偏振分析器、光电二极管、锁相放大器、处理器；所述激光器用于发射出一束椭圆偏振的极化光，所述极化光依次经过光弹调制器和相移器，然后通过入射透镜按照预设入射角斜入射到电极表面；从电极表面返回的反射光经过偏振分析器，然后经过光电二极管转换成电压信号，两台所述锁相放大器采集电压信号中调制频率的基频分量信号和倍频分量信号，并输入到处理器进行处理。进一步，所述电极和反应腔室设置于控制平台上，所述控制平台在控制作用下能沿水平移动。进一步，所述入射透镜用于将相移器输出的光线汇聚到电极表面待监控区域。进一步，所述出射透镜用于将从电极表面待监控区域发出的反射光汇聚到偏振分析器上。进一步，所述电极表面为导电层表面、导电层和溶液界面。本专利技术还提供了基于斜入射光反射差法的透明电极电势实时监控方法，包括以下步骤：激光器发射出一束椭圆偏振的极化光；极化光经过光弹调制器的调制后经过相移器；从相移器射出的光经过入射透镜聚焦按照预设入射角度斜入射到电极表面；从电极表面反射的激光通过出射透镜后进入偏振分析器；从偏振分析器射出的光经过光电二极管转换成电压信号；由两台锁相放大器采集电压信号中调制频率的基频分量信号和倍频分量信号，并将基频分量信号和倍频分量信号输入到处理器进行处理，得到电极表面的电势分布信号。进一步，所述电极进行检测时在二维平台的控制下水平移动，并记录电极表面的基频分量信号和倍频分量信号。进一步，所述入射透镜用于将相移器输出的光线汇聚到电极表面待监控区域。进一步，所述出射透镜用于将从电极表面待监控区域发出的反射光汇聚到偏振分析器上。进一步，所述电极为三电极体系中的透明电极或两电极体系中的透明电势。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的基于斜入射光反射差法的电极电势实时监控装置及其方法，利用斜入射光反射差技术对透明电极\溶液界面的电极电势进行实时监测和二维成像的方法，可以直接实时原位监控电极电势的变化，在扫描模式下可对整个电极表面的电势分布进行检测和成像，为电极表面电势的时空分辨测量提供了一种新型的方法。本装置和方法克服了现有对电极电势状态检测一定要接触电极表面的弊端，该装置和方法不需要与电极表面接触或通过电连接方式，因此，该装置和方法不会对电极表面本身带来影响，监测更加准确，更不会对电极造成损害。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为OIRD装置的光路图。图2为OIRD原位监测ITO-1电极上的电势变化示意图。图3为以5mVs-1的扫描速率在0到0.8V的电势下连续CV扫描过程中比较了三种不同导电层厚度的玻璃ITO-1,ITO-2.ITO-3对应的OIRD信号的示意图。图4为在3MKCl溶液中以1mVs-1的扫描速率从0到0.8V连续CV扫描期间，在ITO-3电极上同时记录的OIRD信号的示意图。图5为在KCl溶液中从0到0.8V连续CV扫描期间，以不同的浓度在5mVs-1的扫描速率下，在ITO-3电极上同时记录的OIRD基频(a)和倍频(b)信号。图6为在不同溶液中以5mVs-1的扫描速率从0到0.8V连续CV扫描期间，在ITO-3电极上同时记录的OIRD基频(a)和倍频信号(b)。图7为(a)在具有3MKCl的5mMK4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6中以5mVs-1的扫描速率从0到0.8V进行电势扫描期间，同时在ITO-3电极上记录的OIRD信号和电流；(b)在3MKCl中以5mVs-1的扫描速率从0到0.8V连续CV循环期间在ITO-3电极上收集的OIRD信号进行比较，其中含有和不含5mMK4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6。图8为在3MKCl溶液中从0V到0.8V的电压下以5mVs-1的速率CV周期性扫描和从0到0.8V的电势阶跃在FTO电极(a，b)和单层石墨烯上(c，d)同时记录的OIRD信号。图9为双极电极装置图。图10为在a)10V的驱动电压下，从双极系统中的ITO-1条形电极的OIRD基频图像转换得到的电势分布图像和相应的电势曲线。b)-10V的驱动电压下，从双极系统中的ITO-1条形电极的OIRD基频图像转换得到的电势分布图像和相应的电势曲线。图11为在10V的驱动电压下，双极系统中的ITO-1条形电极的OIRD倍频图像转换的电势分布图像和相应的电势曲线。图12为a)在5V的驱动电压下，在双极系统中单层石墨烯带的OIRD基频图像转换的电势分布图像和相应的电势曲线。b)在-5V的驱动电压下，在双极系统中单层石墨烯带的OIRD基频图像转换的电势分布图像和相应的电势曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1斜入射光反射差法(OIRD)是近二十年来发展起来的一种非标记、无损伤、实时在线的探测界面变化的新方法，通过测量斜入射到界面的反射光的两个偏振光分量(s和p)的差值的变化来检测界面特征的变化，界面上由于组分改变、结构变化等引起的介电常数或尺度在空间与时间上的细微变化，均可引起入射光s和p分量反射率的不同改变，从而获得OIRD信号。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于斜入射光反射差法的电极电势实时监控装置，其特征在于：包括激光器、光弹调制器、相移器、入射透镜、电极、出射透镜、偏振分析器、光电二极管、锁相放大器和处理器；/n所述激光器用于发射出一束椭圆偏振的极化光，所述极化光依次经过光弹调制器和相移器，然后通过入射透镜按照预设入射角斜入射到电极表面；从电极表面返回的反射光经过偏振分析器，然后经过光电二极管转换成电压信号；/n两台所述锁相放大器采集电压信号中调制频率的基频分量信号和倍频分量信号，并输入到处理器进行处理。/n

【技术特征摘要】
1.基于斜入射光反射差法的电极电势实时监控装置，其特征在于：包括激光器、光弹调制器、相移器、入射透镜、电极、出射透镜、偏振分析器、光电二极管、锁相放大器和处理器；
所述激光器用于发射出一束椭圆偏振的极化光，所述极化光依次经过光弹调制器和相移器，然后通过入射透镜按照预设入射角斜入射到电极表面；从电极表面返回的反射光经过偏振分析器，然后经过光电二极管转换成电压信号；
两台所述锁相放大器采集电压信号中调制频率的基频分量信号和倍频分量信号，并输入到处理器进行处理。


2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于：所述电极表面设置于控制平台上，所述控制平台在控制作用下能沿水平移动。


3.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于：所述入射透镜用于将相移器输出的光线汇聚到电极表面待监控区域。


4.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于：所述出射透镜用于将从电极表面待监控区域发出的反射光汇聚到偏振分析器上。


5.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于：所述电极表面为导电层表面、导电层和溶液界面。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卫华，李玲，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50