[发明专利]一种电化学氢渗透传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器制备技术领域，具体涉及一种电化学氢渗透传感器及其制备方法，用于检测金属表面扩散氢浓度。所述电化学氢渗透传感器包括传感器外壳，所述传感器外壳的内部包括凝胶电解质、辅助电极、参比电极；所述辅助电极和所述参比电极分别和一导线连接；在所述传感器外壳与待测金属件接触的一侧设置镂空的检测孔，采用所述电化学氢渗透传感器进行检测时，将所述检测孔露出的凝胶面对准待测金属件表面紧密贴合后进行固定。该传感器能够实现柔性化，与待测金属表面紧密结合而不会发生电解质溶液的泄露或大量失水，可以应用于输氢管道等金属表面氢浓度的监测。

技术领域

本发明属于传感器制备技术领域，具体涉及一种电化学氢渗透传感器及其制备方法，用于检测金属表面扩散氢浓度。

背景技术

在氢气运输过程中，管线环境中的氢气会在管线表面吸附，进一步分解、扩散逐渐渗透至管线钢内部，导致管线钢的氢致脆化。

电化学传感器可检测传感电极上发生的电化学反应引起的电荷传输或电性能的变化。电流型氢渗透传感器具有相对较高的灵敏度，同时体积小，价格便宜，精度高，选择性好，在运行过程中消耗功率少，在实验和实际环境中的应用也已经很成熟。但是现有技术中，电流型传感器容易发生液体电解质中水分的蒸发，从而减小了传感器的运行时间，同时目前所用的传感器整体大多采用硬质材料制成，较难实现对不同形状金属表面的监测，因此限制了氢渗透传感器的应用和发展。Devanathan和Stachurski在1962年开发了一种双液池电化学体系用来测试氢原子在金属中的渗透行为。此装置由金属箔以及两侧两个互不相通的电解槽组成，通过对阳极侧施加一定的电势氧化从阴极侧扩散至阳极侧的氢原子，因此可通过检测阳极氧化电流密度，计算得到原子氢扩散通量。

传感器电解质对氢渗透传感器的性能影响很大，如灵敏度、选择性、响应时间和信号的稳定性等。由于传统的液态电解质如氢氧化钠、氢氧化钾溶液等存在水分逸散、腐蚀和泄漏等问题，因此聚合物、钙钛矿复合物等类型的凝胶电解质和固体电解质被广泛研究和应用。

钙钛矿型复合物可以用做固体电解质，但其在700℃以下的温度使用时的质子电导率较低，导致输出信号较弱。Nafion具有很好的质子传导率，高气相渗透性，突出的化学稳定性和良好的机械强度，有人将其制成燃料电池型的氢渗透传感器。然而，Nafion的几何尺寸及离子导电率在很大程度上取决于聚合物中含水量，虽然克服了传统的使用碱溶液作电解质溶液的原子氢传感器可能会发生漏液的情况，但此传感器输出的氧化电流值只有传统DS法的64％。聚合物电解质也具有优越的机械和热力学特性，在干燥环境下也具有良好的质子传导性。文献报道的用作凝胶电解质基体的聚合物主要有聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸钠(PAAS)等。

上述固体电解质、凝胶电解质普遍存在着无法兼顾良好的机械性能和合适的离子电导率等问题，因此，亟待开发具有优异性能的电解质材料，解决氢渗透传感器电解质容易失水或泄露的问题，同时进行传感器结构设计，以实现与弯曲表面的共形贴合，适用于不同形状的待测表面，这对于监测具有氢脆风险的管道或设备，具有重要的现实意义和应用价值。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种检测金属中扩散氢浓度的电化学氢渗透传感器以及凝胶电化学氢渗透传感器的制备方法。该传感器能够实现柔性化，与待测金属表面紧密结合而不会发生电解质溶液的泄露或大量失水，可以应用于输氢管道等金属表面氢浓度的监测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电化学氢渗透传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将辅助电极和对电极装入传感器外壳内部并固定，将用于连接所述辅助电极和对电极的导线穿过传感器外壳；

在所述传感器外壳与待测金属件接触的一侧设置镂空的检测孔；采用所述电化学氢渗透传感器进行检测时，将所述检测孔露出的凝胶面对准待测金属件表面紧密贴合后进行固定；