[发明专利]一种多胺分子改性碳纤维构成的高灵敏度电场传感器

说明书

本发明公开了一种高灵敏度碳纤维电场传感器，具体地说是一种以碳纤维为电极材料，通过多胺分子物质接枝改性，然后经剪裁固定、导线引出、密封而制备的一种对水中电场信号具有高灵敏度响应的传感器。所述碳纤维表面含有丰富的活性含氮基团，能够将外界电场变化引起的表面双电层变化转化为电信号。本发明的碳纤维电场传感器具有灵敏度高，电位漂移小，自噪声低的特点，能有效的用于海洋或河流等水中低频微弱电场信号的测量。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维传感器，具体的说是一种用来探测水下电场的高灵敏度碳纤维电场传感器结构设计和制备方法。

背景技术

海洋中不仅蕴藏着丰富的油气和矿产资源，而且还为人类提供了广阔的空间。

随着人类对海洋的重视以及海洋地球科学技术的发展，人类对海底资源的开发力度不断加大，海洋电磁法也成为人类勘探和开发海底的重要手段。但由于海洋特殊的环境，海洋中的电磁场以极低频微弱信号为主。因此针对低频微弱信号制备高灵敏度、高稳定性、低噪声的海洋电场传感器成为海洋电磁探测的重要研究内容之一。

目前海洋电场传感器电极通常分为两类，即可逆电极和惰性电极。可逆电极包括Hg/Hg2Cl2、Pb/PbCl2和Ag/AgCl电极等，这类金属难溶盐电极为不极化电极，电极电势与溶液中难溶盐阴离子间有响应关系, 符合Nernst方程。目前使用最多的为Ag/AgCl电极，其具有较好的稳定性、较高的精度、较低的自噪声以及良好的响应性能。但Ag/AgCl电极也存在着一些缺点，如高昂的成本、较短的服役寿命以及运输和储存麻烦等。另一类是以碳纤维电极为代表的惰性电极，也包括钛、金、石墨、碳气凝胶电极等。该类电极本身不发生化学反应，主要利用表面双电层的变化将外界电场转化为电信号，通常利用电极的可极化性质，电极电位对表面电荷密度比较敏感。但是该类电极一般稳定性较差，自噪声较高，而且存在较大的低频容抗，降低灵敏度，导致电极较难探测低频微弱信号。同时，碳纤维电极还具有更低的成本、更简易的存储条件以及更长的使用寿命，在水下电磁探测领域表现出极大的潜力。

因此，以碳纤维为电极材料，通过表面分子改性降低其自噪声，提高其灵敏度，具备充分的理论依据和技术可行性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高灵敏度的碳纤维电场传感器。本发明的碳纤维电场传感器灵敏度高，稳定性好，自噪声低，能有效的用于水下低频微弱电场信号的测量

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

为降低碳纤维传感器的自噪声并提高其灵敏度，对碳纤维进行表面氧化并接枝多胺分子改性。

将改性碳纤维丝束剪裁成一定的长度和质量并将其一端使用环氧树脂固定在特制的固化腔中，经多胺分子改性后的碳纤维与环氧树脂具有更好的结合性。

将固化腔的上端进行抛光打磨，露出碳纤维束截面，将该截面进行清洗、活化，使用热空气吹干待用。

使用化学镀或电镀或者二者结合在固化腔的上端镀上一层导电性较好的金属（如铜、银等），然后在镀层上焊接导线（如铜线或银线等）。

将焊接导线的碳纤维丝束固定在特制的水密腔体内，使用环氧树脂将镀层和焊点部分进行密封；最后放置在特制的多孔保护罩中，使碳纤维丝束在流动的水中保持静置。

制备好的碳纤维传感器可保存在海水或自来水中，也可干燥存放。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所得电场传感器是从获得低成本、易存储、低噪声和高灵敏度的新型电场传感器入手，采用碳纤维为电极材料，对其进行氧化并接枝多胺分子改性，目的在于提供一种用于水下低频微弱电场信号测量的高灵敏度传感器；有益效果如下：

1、成本低，本发明传感器的电极材料为碳纤维，该材料来源广泛、成本低廉，工业化生产已非常成熟。