[发明专利]一种基于快速响应复合温度传感器的热电化学电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电化学电极，尤其是涉及一种基于快速响应复合温度传感器的热电化学电极。

背景技术

早在1877年E.J.Milll就发现，当电荷通过电极与溶液界面发生电化学反应的同时，在电极与溶液界面将产生热电效应。在测量电化学电信号的同时进行电化学热信号的测试，可以得到比单纯热力学测量或电信号测量更全面、可靠的信息。然而，尽管热电化学经历了一百多年的历史，但其研究方法和手段没有得到应有的发展，究其原因，最主要的是没有行之有效，且性能稳定、灵敏度高的热电化学电极。

目前文献上的热电化学电极，主要用热敏电阻来测量电极表面的温度变化，从而获得电极反应的瞬时热效应。这种测量方法在实验硬件上存在一个致命的缺点，那就是感温元件(热敏电阻)与电化学电极的接触处的联结方式存在难以调和的矛盾。一方面为了提高测温灵敏度和改善时间响应特性，感温元件热敏电阻与电化学电极之间必须有良好的热接触。另一方面，要使电化学反应过程中的电信号与温度测试过程中的电信号不相互干扰，感温元件热敏电阻与电化学电极必须有良好的电绝缘。因此，在感温元件热敏电阻与电化学电极之间放置一种既有良好导热性，又具有良好绝缘性的材料，是制备基于热敏电阻的热电化学电极的关键。可事实上，到目前为止，要寻找到一种既有良好导热又有良好绝缘这两种性能都同时满足要求的材料是很困难的。这也是目前基于热敏电阻的热电化学电极性能不十分稳定，从而导致其难以商品化的最主要原因之一。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种性能稳定，灵敏度高的能同时测得电化学电信号和热信号的热电化学电极。

本发明的技术方案是：其包括电化学电极，还设有快速响应复合温度传感器，所述快速响应复合温度传感器由哈斯特洛伊(Hastelloy)热敏膜和用于探测该热敏膜表面热辐射信号的光学传感器组成，所述快速响应复合温度传感器贴装于电化学电极内侧。

所述光学传感器包括蓝宝石棒和光导管传感器，所述蓝宝石棒顶部通过光纤与光导管传感器连接。

所述光学传感器的哈斯特洛伊膜和蓝宝石棒之间的距离宜为0.9~1.1 mm(优选1.0 mm)，哈斯特洛伊膜的厚度宜为25~35 mm(优选30 mm)。

工作时，哈斯特洛伊膜感受电化学电极表面的温度变化，发出表面热辐射信号，该信号经由蓝宝石棒收集和光纤传导后，再经光导管传感器将其转化为电信号并通过信号放大器放大，与从电化学电极获得的电信号一起交由电化学工作站处理，从而达到很好地测量化学反应的热信号和电信号的目的。

本发明的热电化学电极与传统电化学电极相比，其在测量电化学反应所对应的电信号的同时，还可以测量电化学反应所对应的热信号，可为研究电化学反应过程中的化学动力学和化学热力学等提供多维而有效的科学数据。

本发明与基于热敏电阻的热电化学电极相比，由于电化学反应的信号和热信号完全隔离，所以具有更好的稳定性和重现性。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例的哈斯特洛伊膜与电化学电极之间的结构放大示意图；

图3为使用图1所示本法明实施例之热电化学测试系统结构放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，本实施例包括电化学电极1和快速响应复合温度传感器，所述快速响应复合温度传感器由哈斯特洛伊热敏膜2和用于探测该热敏膜表面热辐射信号的光学传感器组成，所述快速响应复合温度传感器的哈斯特洛伊热敏膜2贴装于电化学电极1内侧；所述光学传感器由蓝宝石棒3和光导管传感器5组成，蓝宝石棒3顶部通过光纤4与光导管传感器5连接。

蓝宝石棒3和哈斯特洛伊膜2之间距离s=1.0 mm。

哈斯特洛伊膜2的厚度为d=30 mm，与电化学电极接触面积为d₁′d₂=5′5 mm²。蓝宝石棒3内径φ₁=1.3 mm。、

为了保证蓝宝石棒3的光透性不受外界污染，将蓝宝石棒3密封于石英罩8内。

工作时，哈斯特洛伊膜2感受电化学电极1的温度变化并发出热辐射信号；蓝宝石棒3接受哈斯特洛伊膜2发射的热辐射信号，接受热辐射的角度θ=45°，热辐射直径为φ₂=2.2 mm，蓝宝石棒3再通过光纤4将热辐射信号传送至光导管传感器(Model OR 1000F，日本) 5；光导管传感器5将热辐射信号转换成电信号，再将此电信号通过微信号放大器6进一步放大；来自电化学电极1的电信号由导线9导出与来自于微信号放大器6的热辐射信号一起从引线7引出，输入电化学工作站 (如CHI660A等) 10，由电化学工作站进行处理。