專利名稱：：一種溶解氧電化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電化學(xué)傳感器，特別涉及一種溶解氧電化學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
：由于近年來工業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致水源污染日益嚴重，水源質(zhì)量極需加以控制。對于水源質(zhì)量的監(jiān)測，一般均以水中的溶解氧作為水質(zhì)受污染程度的指標。若水中的溶解氧高，則表示該水質(zhì)較佳；反之，若水中的溶解氧很低，則表示該水質(zhì)受污染程度嚴重。水中溶解氧的測量主要依靠溶解氧傳感器來完成。溶解氧傳感器早在1956年即由Clark[1]研制出來，其結(jié)構(gòu)為薄膜覆蓋電極，將液態(tài)電解質(zhì)和電極與被測試溶液分離，并且長期將電極與液態(tài)電解質(zhì)接觸，薄膜材料選用氧氣可透過，同時阻止其它物質(zhì)通過的聚乙烯。常用的高透氧性薄膜材料還包括聚四氟乙烯PTFE、聚氯乙烯PVC、硅膠等[2]。溶解氧傳感器的作用原理是當氧氣通過選擇性薄膜溶于液態(tài)電解質(zhì)中時，與電極表面進行電化學(xué)反應(yīng)，將氧氣濃度轉(zhuǎn)換成電流或電位信號，信號經(jīng)放大器增強后輸出。溶解氧傳感器發(fā)展至今，其技術(shù)較為成熟，但仍有一些缺點無法突破，尤其是用于含有高濃度氯離子溶液中時傳感器的壽命問題。如用于海水中溶解氧檢測時，由于氯離子的存在，外加電壓后傳感器電極會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，所以至今仍無理想的可用于海水污染檢測的溶解氧傳感器。目前溶解氧傳感器大都采用醋酸纖維素、PTFE及PVC等高分子薄膜覆蓋電極的方法[3，4，5]；醋酸纖維素的缺點在于連續(xù)施加電壓進行溶解氧測量過程中，此高分子薄膜會被水中的鈣離子堵塞，造成傳感器使用壽命只有12個小時；PTFE薄膜覆蓋電極制備的溶解氧傳感器使用壽命只有24個小時；PVC薄膜雖然可降低鈣離子堵塞的問題，使用壽命超過72小時，但確存在PVC耐儲時間(shelflife)的限制，而且用于對一般河水中溶解氧進行實際測量時，金屬離子沉積問題更將是一大隱患。此外，上述方法中工作電極和對電極為同一種金屬材料，在潮濕環(huán)境下，外加電壓后，電極上亦會發(fā)生腐蝕反應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種溶解氧電化學(xué)傳感器，用聚苯乙烯高分子薄膜覆蓋絲網(wǎng)印刷電極，工作電極和對電極使用不同的金屬材料，可避免溶液中氯離子、金屬離子存在時，外加電壓后造成電極腐蝕反應(yīng)的發(fā)生；工作電極和對電極采用叉指電極結(jié)構(gòu)形式，可提高響應(yīng)電流擴散速率，增強傳感器的靈敏度。一種溶解氧電化學(xué)傳感器，包括Al2O3陶瓷基板，作為工作電極的叉指金電極2，作為對電極的叉指Pt電極3，作為參比電極的Ag/AgCl電極4，以及相應(yīng)的金焊盤5a、5b、5c，覆蓋在叉指金電極2和叉指Pt電極3上的感測薄膜6，其特征在于叉指金電極2、叉指Pt電極3、Ag/AgCl電極4以及相應(yīng)的金焊盤5a、5b、5c是用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在Al2O3陶瓷基板1上制成的，感測薄膜6由聚苯乙烯溶液滴加在叉指金電極2和叉指Pt電極3上用甩膠機旋涂后經(jīng)紫外光照射12小時固化形成，基板上設(shè)有一個用絕緣膠覆蓋的絕緣層7，金焊盤5a、5b、5c上涂敷環(huán)氧樹脂AB膠；感測薄膜6厚度為200～300nm。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點1)本發(fā)明用聚苯乙烯高分子薄膜覆蓋絲網(wǎng)印刷電極表面，使電極能夠與潮濕環(huán)境隔絕，當溶液中存在氯離子或金屬離子時，外加電壓后可避免電極腐蝕，使用壽命長達120小時；2)工作電極和對電極采用不同的金屬材料，進一步降低在潮濕環(huán)境下電極腐蝕反應(yīng)的發(fā)生；3)工作電極和對電極采用叉指電極結(jié)構(gòu)形式，提高響應(yīng)電流擴散速率，傳感器的靈敏度高，在4～20ppm溶解氧濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，靈敏度為-6.05μA/ppm；4)采用在Al2O3陶瓷基板上絲印電極制備溶解氧電化學(xué)傳感器，微型化，制作簡單，成本低廉。圖1為本發(fā)明的溶解氧電化學(xué)傳感器的電極結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的溶解氧電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本溶解氧電化學(xué)傳感器對溶解氧濃度的電流響應(yīng)圖，橫坐標為溶解氧濃度，縱坐標為響應(yīng)電流強度。具體實施例方式實施例1一種溶解氧電化學(xué)傳感器，叉指金電極2、叉指Pt電極3、Ag/AgCl電極4以及相應(yīng)的金焊盤5a、5b、5c是用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在Al2O3陶瓷基板1上制成的，叉指金電極2和叉指Pt電極3的寬度、間距為0.5mm，Ag/AgCl電極4的長度為10mm，感測薄膜6由聚苯乙烯溶液滴加在叉指金電極2和叉指Pt電極3上用甩膠機旋涂后經(jīng)紫外光照射12小時固化形成，感測薄膜6的面積為25.25mm2，基板上設(shè)有一個用絕緣膠覆蓋的絕緣層7，金焊盤5a、5b、5c上涂敷環(huán)氧樹脂AB膠；感測薄膜6厚度為200～300nm。如圖1、圖2所示。在1atm、溫度為25℃的情況下，對質(zhì)量濃度為3％的氯化鈉水溶液中的溶解氧含量進行測試首先向溶液中通入氮氣25分鐘，迫凈溶液中的氧氣，然后通入一定量的氧氣，溶液中的氧氣濃度為4ppm，用本發(fā)明的溶解氧電化學(xué)傳感器，施加電位為-0.6V(vs.Ag/AgCl)，測得相應(yīng)的響應(yīng)電流值，照此過程依次測試溶液中溶解氧濃度分別為6ppm、8ppm、10ppm、12ppm、14ppm、16ppm、18ppm、20ppm時的響應(yīng)電流，得到不同溶解氧濃度與傳感器響應(yīng)電流強度關(guān)系，如圖3所示。在4～20ppm溶解氧濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，傳感器靈敏度為-6.05μA/ppm，檢測下限為4ppm。用本發(fā)明的溶解氧電化學(xué)傳感器，持續(xù)施加-0.6V(vs.Ag/AgCl)電位長達120小時，對質(zhì)量濃度為3％的氯化鈉水溶液中的8ppm濃度的溶解氧含量進行連續(xù)測試，響應(yīng)電流保持在同一穩(wěn)定值，電極沒有發(fā)生明顯腐蝕，傳感器具有很長的壽命。參考文獻1.ClarkLC，Monitorandcontrolofbloodandtissueoxygentension，Trans.Am.Soc.ArtificialIntern，1956，241～492.HitchmamML，MeasurementofDissolvedOxygen，JohnWiley&Sons，Inc.NewYork，19783.Glasspool，W.V.andAtkinson，J.K.，Ascreen-printedamperometricdissolvedoxygensensorutilisinganimmobilisedelectrolytegelandmembrane，SensorsandActuatorsB，1998，48308～3174.AtkinsonJK，GlasspoolWV，Aninvestigationofthefactorsinfluencingstabilityincontinuously-poweredscreen-printedamperometricdissolvedoxygensensors，MicroelectronicsInternationa，2001，18(2)26～305.AtkinsonJK，GlasspoolWV，Anevaluationofthecharacteristicsofmembranematerialssuitableforthebatchfabricationofdissolvedoxygensensors，MicroelectronicsInternationa，2003，20(2)32～40。權(quán)利要求1.一種溶解氧電化學(xué)傳感器，包括Al2O3陶瓷基板(1)，作為工作電極的叉指金電極(2)，作為對電極的叉指Pt電極(3)，作為參比電極的Ag/AgCl電極(4)，以及相應(yīng)的金焊盤(5a，5b，5c)，覆蓋在叉指金電極(2)和叉指Pt電極(3)上的感測薄膜(6)，其特征在于叉指金電極(2)、叉指Pt電極(3)、Ag/AgCl電極(4)以及相應(yīng)的金焊盤(5a，5b，5c)是用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在Al2O3陶瓷基板(1)上制成的，感測薄膜(6)由聚苯乙烯溶液滴加在叉指金電極(2)和叉指Pt電極(3)上用甩膠機旋涂后經(jīng)紫外光照射12小時固化形成，基板上設(shè)有一個用絕緣膠覆蓋的絕緣層(7)，金焊盤(5a，5b，5c)上涂敷環(huán)氧樹脂AB膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解氧電化學(xué)傳感器，其特征在于感測薄膜(6)厚度為200～300nm。全文摘要一種溶解氧電化學(xué)傳感器，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在Al文檔編號G01N27/406GK101042365SQ20071006795公開日2007年9月26日申請日期2007年4月11日優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日發(fā)明者郭希山,趙子愷,王立人申請人:浙江大學(xué)