海洋低频电场传感器敏感电极材料的选择.doc

海洋低频电场传感器敏感电极材料的选择
宋玉苏* 张燕张坤左攀
(海军工程大学理学院 caosys@ 武汉 430033)
摘要:选择了九种不同的电极材料,根据海洋环境下低频、极低频电场的自身特点,通过直流电阻、交流阻抗、电极对极差漂移三个方面对电极性能进行了测试,研究了其用于海洋环境低频电场弱信号探测的可行性,筛选出了适合海洋环境低频电场测量的电极材料,并从理论上进行了解释。结果表明,固态Ag/AgCl电极的直流电阻和交流阻抗均较小,且其极差漂移可控制在μV级,具有优良的极化效应和较低的极差漂移,是海洋环境低频电场探测的敏感电极材料。
关键词:海洋;低频电场;电极;材料
中图分类号: 文献标志码:A
海洋环境决定了电场信号必需经过液相介质到固相介质的传递过程,而每种电极材料都有着其固有的特性,其所表现出的材料电化学特性决定着探测结果的精确与否。因此,寻找一种在海水环境下与海洋低频电场信号特征相匹配的敏感电极材料是电场探测的关键。国内外对于这方面的研究仅在文献中有零星提及[1],并未进行系统的研究,因此探寻海洋环境低频电场敏感材料可为开发高灵敏度的海洋低频电场传感器提供材料储备。
海洋低频电场是静电场和交变电场及其谐波的叠加[2-4],场强较弱,且交变电场以低频和极低频为主。电极在探测海洋低频电场时会受到直流信号及较低频带交流信号的扰动,并产生相应的直流电阻和交流阻抗。有研究表明[5],电极与海水的接触阻抗小而均匀稳定,可以提高测量精度。另外,电极的极差漂移是海洋低频电场探测的重要指标,为了达到准确探测海洋弱信号的目的,应选择极差漂移小的电极类型。因此,本文从电极直流电阻,交流阻抗和电极对极差漂移三个方面对不同材料电极进行了研究。
1 实验材料与方法
电极材料类型
铜电极、锌电极、镍电极、钛电极、铝电极、铂电极、石墨电极、饱和甘***电极(SCE)、Ag/AgCl电极。这些电极在海洋环境中分别得到应用,电极电位稳定性满足一般海洋使用要求。
测试方法
(1)电极直流电阻:采用传统的三电极系统,工作电极和参比电极均为所要研究的同一类型电极(考虑到海洋低频电场探测时电极成对使用),辅助电极为铂片,% NaCl溶液。加在研究电极上的电压由CT-2A型电化学测试系统来控制,直流电压范围为0~(相对开路电压)。不同电压E下电极表面的电流密度i由测试系统自带的软件借助计算机自动记录,并作出相应的E~i曲线。
(2)电极交流阻抗:采用传统的三电极系统,工作电极和参比电极均为所要研究的同一类型的电极,辅助电极为铂片,测量仪器为2263电化学测试系统,%NaCl溶液,-200 Hz,扰动振幅10 mV。
(3)电极极差漂移:所有待测电极(SCE除外)工作面用800#水磨砂纸打磨,二次蒸馏水冲洗,除去表面污物。% NaCl溶液中稳定10 min,用MS8050 Digital Multimeter记录电极对的极差漂移。
2 结果与讨论

图1为各种电极的E-i曲线,可见材料组成不同电极所表现出的电阻值相差很大。当在电极表面施加一定的直流电压时,各电极的E-i曲线几乎都不是一条直线,而是在某个电压值处出现