[发明专利]一种基于化学腐蚀法的超亲水pH厚膜传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于化学腐蚀法的超亲水pH厚膜传感器及制备方法，包括基底及覆盖在基底表面的工作电极和参比电极，工作电极包括附着在基底一侧的的钛片，钛片外侧表面的前部覆盖有二氧化钛敏感层；基底的另一层附有导电层，参比电极位于导电层上，参比电极表面涂覆有萘酚层；绝缘胶将基底包裹，仅留出工作电极和参比电极的区域。所述工作电极通过将钛片浸泡在80℃NaOH溶液中获得，与制备在基底上的参比电极集成为pH厚膜传感器。本发明超亲水pH厚膜传感器结构简单、检测灵敏度高、稳定性好，能够快速准确测定非均相体系中的pH值，制备流程简单、易于控制，制作成本低，生产过程无有毒物质产生，安全环保，更适宜用于农业生产中栽培土壤、栽培基质等pH在线检测。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于化学腐蚀法的超亲水pH厚膜传感器及制备方法，主要用于农业生产中栽培土壤、栽培基质等非均相体系pH在线检测。

背景技术

“相”是热力学的基本概念，是指系统内部物理和化学性能均匀，有明显的边界、用机械方法可以分离出来的部分，如固相、液相、气相等。非均相体系是指在一定空间内含有一个以上的相，且相间有明显的分界面的系统，如Ca(OH)₂在水中出现絮状沉淀，此时水和Ca(OH)₂共同组成了一个非均相体系。在生活中，一些非均相体系具有非常复杂的组成，如土壤、农业栽培基质、固液混合废弃物、海岸线的砂石-海水交汇区域等。在这些体系中，固相、液相、气相无规律交错相间，具有非常复杂的内部结构，要测定这些体系内的物化参数(如pH值、电导率值等)通常非常困难：通过实验室方法测定的相关参数准确度较高，但费时费力、效率低下；通过传感器直接在线检测，虽然速度快、效率高，但结果的准确性差、实用性较低。

张西良、徐坤等人在中国专利CN201610301183.X《一种微纳织构化石墨烯基仿生pH传感器及其制备方法》中公开了一种适用于土壤和栽培基质的pH传感器，通过超亲水表面富集周围环境中的水分，并在传感器表面铺展开。对传感器来说，此时的接触环境由复杂的非均相体系转化为了简单的液相体系，电极表面拥有了适合检测的微环境，从而实现非均相体系内pH值快速、准确检测。该发明的电极表面的超亲水性是通过在电极敏感材料层上利用飞秒激光制备微米或纳米级的凹坑或凹槽来实现的，，成本昂贵，单片电极的加工费需数千元，限制了在农业生产中的应用推广。

目前有非常多的制备超亲水表面的手段，除了飞秒激光加工，还有化学腐蚀法、溶胶-凝胶法、层层自组装法、阳极氧化法、紫外线照射法等，这些方法能够显著降低超亲水表面的制备成本，如《强碱处理Ti片制备TiO2薄膜的研究》中指出，将钛片在热的NaOH中浸泡可获得具有纳米花微织构的TiO₂表面。此外，一些金属氧化物在特定条件下也会展现出超亲水性，如《Hydrophilic properties of nano-TiO₂ thin films deposited by RFmagnetron sputtering》中发现退火温度为400℃时，磁控溅射制备得到的TiO₂薄膜会转化为锐钛矿晶体，此时材料具有超亲水性。