全固态海洋电场传感器的制备与性能研究

作     者：李坤浩 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李昉

授予年度：2022年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：Ag/AgCl电极 碳纤维电极 碳纳米管 电化学性质 有源测试 

摘      要：服务于海洋矿产资源的准确探测,高稳定性的海洋电场传感器的制备研究迫在眉睫。本文基于对海洋电场的分析,制备了不同种类的全固态海洋电场传感器,并通过对实验室制备海洋电场传感器的电化学特性、稳定性与极差分析以及有源响应等测试,探究材料加工和材料修饰对海洋电场传感器性能的影响。以期获得适应于海洋环境的高性能电场传感器。主要研究工作如下:1.电极制备:(1)基于常温塑性成形技术,对经过不同前处理的Ag和AgCl粉体进行配比组合,再经程序升温煅烧,总成得到Ag/AgCl系列电极胚体。(2)将碳纤维清洗后,组装制备碳纤维电极。***/AgCl电极修饰:利用湿润诱导爬升原理在Ag/AgCl电极表面修饰碳纳米管,制备碳纳米管修饰的电极。通过预实验优化出最佳的爬升液配比为CNT:PVP(w:w)=20:1的NMP/CNT/PVP溶液(550 rpm)。3.运用电镜成像技术和BET,对Ag/AgCl粉体和碳纳米管修饰的电极做了表面特性表征。表明Ag/AgCl=1:1和Ag/AgCl=1:2的比表面积分别是0.3826 m/g和0.2406 m/g。4.电化学分析:结果表明Ag/AgCl电极中银能够有效地降低电极的阻抗,AgCl提供在海水中的电化学反应能力,同时碳纳米管的加入在不改变其测试原理的情况下,有效的降低了电极的电化学阻抗以及提高了电化学反应能力。而碳纤维电极则是电容性电极,只发生离子的吸脱附过程。5.稳定性与极差电位测试:单支电极的稳定时间碳纳米管修饰的AgCl:Ag=2:1的电极最短,为35小时,长时稳定后的五种电极的极差电位与24小时稳定性均小于0.1 mV。6.有源测试:AgCl:Ag=2:1的电极以及碳纳米管修饰的AgCl:Ag=2:1的电极在电化学噪声和有源响应两项指标中均达标。同时后者的电化学噪声低于前者。综上分析,碳纳米管修饰的AgCl:Ag=2:1的电极综合性能较适合海洋电场测试。