[发明专利]基于EB-PVD与Sol-Gel的全固态参比电极制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及化学学科，具体说就是一种基于EB-PVD与Sol-Gel的全固态参比电极制备方法。

(二)背景技术

钢混结构是现今及以后相当长的时间内仍将采用的主要结构型式之一，钢筋腐蚀是降低钢混结构耐久性并造成重大损失的最主要原因，钢筋腐蚀的危害之大出乎意料，随着全球气候与环境的恶化，这一问题势必呈现出日益加剧的态势，钢混结构钢筋腐蚀问题正引起全世界广泛关注。钢筋腐蚀的电化学本质，决定了电化学理论是研究钢筋腐蚀的直接、本质途径。钢筋腐蚀监测为钢混结构的腐蚀防护、安全评定与全寿命设计提供科学依据。在土木工程中钢筋腐蚀的监测是结构安全评定、维修加固及全寿命设计的重要组成部分。

在混凝土环境下，由于混凝土的多孔性，水分与氧气可以沿着孔隙和裂纹迁移，这恰好是低碳钢和高强度合金钢等钢材腐蚀的必要条件。在大多数情形下没有发生腐蚀的原因是这些孔隙中由于水泥的水化过程形成了高浓度的钙、钠和钾的氢氧化物，从而保持了PH值在12-13之间，这一高碱度环境是钢材钝化，形成致密的γ型氧化铁防止了钢材的快速腐蚀。然而当Cl^-(来自除冰盐或者海水)经过混凝土表面在钢筋表面进行聚集或者由于CO₂(来自大气，也是造成全球气候变暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情况下，钝化膜遭到破坏，混凝土对钢筋的保护作用失效，在O₂以及H₂O充足的情况下钢筋截面积减小或者出现蚀点。

土木工程中绝大多数(除了部分高温氧化反应外)钢材的腐蚀过程都是电化学过程，所以电化学方法成为监测结构中钢材腐蚀的最本质的方法。近些年来国内外的科研工作者采用电化学方法对腐蚀科学问题进行了大量的研究，通过稳态及暂态电化学方法的研究，不但能够获得诸如腐蚀电流密度、腐蚀速率这样的基本参数，还能够得知揭示腐蚀电化学过程的更详细的信息，如极化电阻、双电层电容、扩散过程、点蚀的发生过程等等。这些参数的测量能够为腐蚀监测提供更加可靠的依据。

建立基于电化学技术的腐蚀监测系统，能够实时、准确掌握钢筋的腐蚀状态，为大规模钢混结构的安全评定及全寿命设计提供科学依据。腐蚀传感器为丰富的电化学测试技术提供硬件支持，是确保各种腐蚀监测方法能够在实际工程中得以应用的载体和平台。参比电极(Reference Electrode，RE)是构成腐蚀传感器的核心部件，是腐蚀电化学测试过程中度量电极电位的“标尺”。目前研究及应用的全固态参比电极，还普遍存在电极电位不稳定、易受环境因素影响及服役寿命短等问题。因此，研制具有优异服役性能的全固态RE是实现重大钢混结构钢筋腐蚀监测传感网络的重要基础。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于EB-PVD与Sol-Gel的全固态参比电极制备方法

本发明的目的是这样实现的：首先，采用满足大规模工业生产的EB-PVD技术，在Ti基体上沉积Mo/Ta二元合金薄膜，进而对制备态薄膜在控制O₂气氛下进行后氧化处理，形成混合金属氧化物层，使得二元合金膜层具备参比电极功能；其次，以丙烯酰胺及丙烯酸为载体，制备维持电极电位稳定的Sol-Gel复合材料导电功能层；最后，集成所制备的参比电极功能层及导电层，构建具有五层结构的全固态参比电极；具体步骤如下：

步骤一：混合金属氧化物层参比电极功能芯的制备

包括EB-PVD态和氧化态两个过程，通过优化EB-PVD沉积工艺参数，在Ti棒上得到制备态二元合金膜，进而，通过控制氧分压对制备态的合金膜进行氧化处理，采用双源蒸发EB-PVD制备合金膜，通过调整基板温度、沉积速率、靶基距、蒸汽入射角优化制备工艺，选定0.3＜Ts/Tm＜0.5与0.5＜Ts/Tm＜1两个基板温度区，选定EB-PVD控制参数见表1，将EB-PVD制备完成后的二元合金膜，在高温炉内进行氧化处理，氧化温度为700℃，持载时间为10min，升温速率为10℃/min。

表1EB-PVD沉积功能膜层的控制参数

步骤二：参比电极导电功能层的制备