钽氧化钽PH传感器的制作方法.pdf

本发明属于金属-金属氧化物类PH电极的制作方法，进一步说是用电化氧化法制造钽-氧化钽PH传感器。
    电化氧化法制作金属-金属氧化物类PH电极，常采用电化氧化或热氧化等方法。采用电化氧化法生成氧化钽一般都是在稀电解液中进行，例如在稀酸（H3PO4、H2SO4、HNO3等）或稀碱（NaOH）或稀盐（Na2SO4、Na2B4O7等）中进行。这些电解液的浓度一般不超过2%。日本公开特开昭61-241976，即是在稀电解液中进行阳极氧化制造ISFET类PH传感器的。在稀电解液中进行电化氧化，阳极氧化平稳而缓慢的进行，所生成的氧化膜（Ta2O5）在该稀电解液中能稳定存在，并呈现色彩鲜明的干涉反射光。但用上述方法制作PH电极，其能斯特（Nernst）响应值较低，从而影响测量精度，应用范围受到限制。因此制作金属-金属氧化物类PH电极的方法仍需加以改进。

    本发明的目的就是提供一种制作钽-氧化钽PH传感器的方法，使其传感器具有高能斯特响应和测量精度以及较大的应用范围。

    本发明使用金属纯钽为基体，通过电化学的阳极氧化，在其表面生成以Ta2O5为主体的PH敏感膜，从而可直接当作测定PH用的指示电极。

    实施本发明是在苛性碱溶液中进行，溶液温度控制在室温～110℃，阳极电压控制在20～230V。本发明的特征在于，金属钽的电化氧化是分步进行的，第一步在浓苛性碱水溶液（10%～饱和溶液）中进行，溶液温度为室温～110℃，阳极电压20～100V，时间0.25～1小时。第二步在稀苛性碱水溶液（0.2%～3%）中进行，溶液温度为室温，阳极电压20～230V，时间0.5～1小时。第一步氧化后的钽应取出洗净干燥后再进行第二步的阳极氧化。

    我们知道，Ta2O5膜对于H+的能斯特（Nernst）响应值与Ta2O5膜层的形态、厚度有关。实施本发明，尤其是完成第一步的阳极氧化，是在浓热的苛性碱水溶液中进行，其特点是Ta2O5和Ta都能与该溶液发生化学反应，因此在阳极氧化生成Ta2O5膜的同时，又发生着氧化膜被溶液化学腐蚀的行为，综合结果是使氧化膜的形态发生变化，其积极效果是提高敏感膜的灵敏度，从而使钽-氧化钽传感器具有实用意义。按本发明所制作的钽一氧化钽PH传感器，以饱和甘汞电极作为参比电极进行PH测定，灵敏度（Nernst斜率）可达46～56mv/PH。

    由于Ta、Ta2O5具有特别优良的化学稳定性和热稳定性，因此该PH传感器可在较高温度和压力条件下应用于各种介质，尤其是某些强腐蚀介质中。采用本发明制作地钽-氧化钽PH传感器具有很低的内阻，容易与各种显示或控制仪表相配接，用于各种PH的工业在线检测、控制系统。

    实例1

    取厚0.1mm，宽5mm的纯钽片，经过抛光、洗净后在15%的KOH水溶液中进行阳极氧化，溶液温度40℃，阳极电压90V，时间0.25小时。取出洗净干燥后，再在0.4%的KOH水溶液中继续进行阳极氧化，溶液温度为室温，阳极电压200V，时间-小时。取出洗净后在低于280℃的温度下烘干。该钽片焊上导线，将未进行电化氧化的部分以适当绝缘物（含氟塑料、热固性树脂或其它材料）包裹起来，即成为实用的PH传感器，灵敏度可达517mv/PH。

    实例2

    取厚0.1mm，宽5mm的纯钽片，经抛光、洗净后在饱和的NaOH水溶液中进行阳极氧化，溶液温度105℃，阳极电压35V，时间0.5小时。取出洗净干燥后，再在2%的NaOH水溶液中继续进行阳极氧化，溶液温度为室温，阳极电压70V，时间-小时。取出洗净后，在低于280℃下烘干。该钽片焊上导线，将未氧化部分以绝缘材料包裹起来即成为实用的PH传感器。该传感器的灵敏度为47.4mv/PH。