[发明专利]一种改性碳材料及其制备方法和应用、海洋电场传感器电极及其应用

说明书

本发明涉及海洋电场传感器技术领域，尤其涉及一种改性碳材料及其制备方法和应用、海洋电场传感器电极及其应用。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将碳材料进行热处理，得到高温处理碳材料；以所述高温处理碳材料为阳极，以铂片为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，在电解液中进行电解，得到所述改性碳材料；所述电解液包括双氰胺。根据实施例的记载，采用本发明所述的制备方法制备得到的改性碳材料的比电容达到9.368F/g；电荷转移电阻和低频容抗显著降低；自噪声为电位漂移量为0.24mV/d，可以正常响应1mHz、0.01V/m的低频弱电场信号，电极的响应灵敏度和准确度得到了显著提高。

技术领域

本发明涉及海洋电场传感器技术领域，尤其涉及一种改性碳材料及其制备方法和应用、海洋电场传感器电极及其应用。

背景技术

随着现代船舶技术的发展，舰船在海洋中的隐身本领越来越高，单靠传统的声学探测手段已难以支撑国防安全的需求。舰船在海洋中会不可避免地产生电场信号，海洋电场探测技术作为声学探测的重要补充手段，越来越受到重视。但是由于海水对高频电磁波具有较强的吸收作用，海洋中大多以低频微弱电场信号为主，电场传感器作为海洋探测的核心装备就必须具备较高的信号响应准确度和灵敏度。

海洋电场传感器的电极通常分为两类，即可逆电极和惰性电极。可逆电极包括Ag/AgCl、Hg/Hg₂Cl₂、Pb/PbCl₂电极等，这类难溶金属盐电极为不可极化电极。惰性电极则包括碳纤维、钽电极、石墨、碳气凝胶电极等，这类电极为可极化电极。目前国内关于可逆电极的制备以及研究较为成熟，Ag/AgCl电极被广泛应用于海洋电场探测领域。

碳电极作为传统Ag/AgCl电极的替代品，可以避免Ag/AgCl电极光降解劣化、成本高和储存运输困难等问题，但是未经改性的碳纤维表面几乎没有极性基团和活性物质，水下双电层稳定性差，难以响应海洋中的低频微弱信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性碳材料及其制备方法和应用、海洋电场传感器电极及其应用，所述改性碳材料制备得到的海洋电场传感器电极具有较高的响应灵敏度和准确度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳材料进行热处理，得到高温处理碳材料；

以所述高温处理碳材料为阳极，以铂片为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，在电解液中进行电解，得到所述改性碳材料；

所述电解液包括双氰胺。

优选的，所述碳材料包括碳纤维、碳毡、碳布、碳棒或泡沫碳。

优选的，所述热处理的温度为300～600℃，保温时间为20～60min，升温至所述热处理温度的升温速率为3～10℃/min。

优选的，所述电解液还包括氯化钾；

所述电解液中双氰胺和氯化钾的质量浓度均为2％。

优选的，所述电解的电压为3～7V，时间为5～20min。

优选的，进行热处理前，对所述碳材料依次进行清洗和干燥；

所述清洗采用的清洗液为体积比为1:1的乙醇和丙酮的混合液。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性碳材料，包括碳材料和接枝在所述碳材料表面的聚双氰胺。

本发明还提供了上述技术方案所述的改性碳材料在制备海洋电场传感器电极中的应用。

本发明提供了一种海洋电场传感器电极，包括电极、导线和封装结构；