НОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ Российский патент 2024 года по МПК G01N27/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новым электрохимическим датчикам (или сенсорам), которые устойчивы к воздействию коррозионно-активных веществ, присутствующих в морской воде или в промышленных водах, пригодны для обнаружения соединений, присутствующих в воде, при этом указанные датчики содержат по меньшей мере один электрод с полимерной матрицей, где указанный электрод выбирают из группы, включающей противоэлектрод, электрод сравнения и рабочий электрод.

Другими словами, настоящее изобретение относится к применению полимерных материалов для изготовления электродов для электрохимических датчиков, где указанные электроды дешевы, удобны и устойчивы к воздействию коррозионно-активных веществ, присутствующих в морской воде или в водах промышленного происхождения, а также к способу их изготовления.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к стандартным электрохимическим датчикам, известным в данной области техники, в которых по меньшей мере один электрод представляет собой электрод с полимерной матрицей.

Предпосылки создания изобретения

Электрическая проводимость “σ” определяется удельной электропроводностью проводника. Прибор, используемый для измерения электрической проводимости, называется кондуктометром. Согласно международной системе единиц (СИ) единицей ее измерения является «Сименс/метр» (См/м).

Электрохимические датчики относятся к области амперометрических датчиков; их используют для измерения концентрации химических веществ, присутствующих, например, в морской воде, воде плавательных бассейнов или промышленных водах, или для измерения других параметров воды.

Под термином «амперометрия» подразумевается конкретный вольтамперометрический метод, в котором электрический ток измеряют при фиксированном потенциале, выбранном для достижения образования электроактивных частиц на поверхности рабочего электрода.

Полученная кривая представляет собой график зависимости силы электрического тока от времени, а соотношение между током и концентрацией анализируемого вещества определяется уравнением Коттрелла и хорошо известно специалистам в данной области техники.

Обычная используемая в амперометрии аппаратура включает вспомогательный электрод, электрод сравнения, потенциал которого должен быть известным и постоянным во времени и не зависеть от состава раствора, содержащего анализируемое вещество, в который погружен упомянутый электрод сравнения, рабочий электрод, отклик которого зависит от концентрации анализируемого вещества и, наконец, устройство, используемое для приложения потенциала и регистрации электрического тока, производимого представляющими интерес соединениями в процессе реакции окисления или восстановления на поверхности рабочего электрода.

Коррозия представляет собой физико-химическое взаимодействие металла с окружающей средой, приводящее к изменению свойств этого металла и способное оказать негативное влияние на функциональность металла или технического устройства, частью которого он является (см. ISO 8044:2010).

Нежелательные последствия коррозии могут варьироваться от внешних дефектов до полного выхода из строя технических систем с причинением значительного экономического ущерба и даже опасности для людей.

В случае металлов, обычно используемых в технике, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, цинк, медь и алюминий, типичный процесс коррозии можно рассматривать как реакцию, обратную термодинамически предпочтительной реакции процесса извлечения металла.

Подобно всем химическим реакциям, коррозионные процессы протекают при благоприятных внешних условиях.

Возможны различные типы коррозии:

- коррозия, вызванная протеканием химической реакции: она происходит при высокой температуре при взаимодействии металла с горячими газами и приводит к образованию оксидного слоя,

- коррозия, вызванная протеканием металлофизической реакции: она приводит к возникновению хрупкости вследствие диффузии водорода в металл, с потенциальным выходом детали из строя,

- электрохимическая коррозия: она включает электрообмен между электронами металла и ионами в проводящем электролите, таком как водяная пленка на поверхности металла;

- сплошная коррозия, или поверхностная коррозия: она представляет собой вид коррозии с практически равномерным поражением поверхности.

Скорость коррозии обычно выражают в микрометрах в год (мкм/г).

Используя средние значения, можно рассчитать ожидаемый срок службы детали и, таким образом, увеличить его за счет увеличения ее толщины.

Сплошная коррозия возникает, например, в углеродистой стали и оцинкованной стали в условиях отсутствия защиты (https://www.hilti.it/content/dam/documents/pdf/e4/engineering/manuals/Hilti_Corrosion-Handbook_W4412_it.pdf).

Полимерные материалы, называемые также пластмассами или синтетическими смолами, представляют собой вещества, образованные органическими молекулами очень большого размера (макромолекулами), образующимися в результате соединения небольших звеньев, называемых мономерами, за счет образования химических связей.

Указанные звенья могут быть одного или более типов. Некоторые полимеры, такие как целлюлоза, природный каучук, смолы, имеют природное происхождение; большинство известных на сегодняшний день полимеров имеют искусственное происхождение. Первые полимеры промышленного производства (целлулоид и бакелит) были получены в 1870 и 1907 годах, соответственно.

Полимерные материалы характеризуются низкой удельной массой, значительной химической инертностью, во многих случаях низким пределом текучести и значительным удлинением на разрыв. Они обладают низкой устойчивостью к высоким температурам, что ограничивает их применение.

Что касается структуры, полимерные материалы делятся на линейные полимеры, в которых мономерные звенья связаны в длинные цепи, более или менее переплетенные между собой; на разветвленные полимеры, в которых от основной цепи отходят боковые ответвления, и на сшитые полимеры, в которых некоторые ответвления химически связывают большее количество цепей.

Кроме того, в зависимости от поведения при изменении температуры, полимеры можно классифицировать как термопластичные и термоотверждающиеся материалы.

Термопластичные полимеры представляют собой полимеры, образованные линейными цепями, размягчающиеся при нагревании и восстанавливающие твердую консистенцию при более низкой температуре в соответствии с циклом, который можно повторять бесчисленное количество раз.

К этой группе относятся, например, полиэтилен или полиэтен (PE), полипропилен (PP), полистирол (PS), полиметилметакрилат (PMMA), поливинилхлорид (PVC), полиакрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), полиакрилонитрил (PAN), полиэтилентерефталат (PET), полиамиды (PA), поликарбонат (PC), полибутилентерефталат (PBT) и политетрафторэтилен (PTFE).

Термоотверждающиеся полимеры представляют собой полимеры, образованные крупными сшитыми молекулами, которые при нагревании сначала размягчаются, а затем окончательно затвердевают, блокируя текучесть.

К этой группе относятся, например, насыщенные и ненасыщенные сложные полиэфиры, эпоксиды, мочевино-формальдегидные, меламин-формальдегидные и фенол- меламин-формальдегидные полимеры.

В число полимерных смол входят полиакрилатные смолы, поливиниловые, фторированные, полиамидные, ацетальные, полиацетальные, полиоксиметиленацетальные, полифениленоксидные, целлюлозные, полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые, аминные, или поливинилиденфторидные.

Силиконовые материалы относятся к непроводящим полимерам (см. http://corsiadistanza.polito.it/on-line/Materiali/pdf/dispensa_materiali.pdf).

Электрические проводники представляют собой материалы, по которым может протекать электрический ток. Наиболее известными металлическими проводниками являются серебро, серебряные нанопроволоки, медь, золото, алюминий, цинк, хром, олово, иридий, вольфрам, никель, железо, платина, свинец.

Наиболее известными неметаллическими проводниками являются углерод и его производные, такие как графен или углеродные нанотрубки. Керамические проводники, такие как оксид индия-олова (ITO) или оксид цинка, легированный алюминием (AZO), также относятся к проводящим материалам.

За последние годы в данной области были предприняты многочисленные усилия для поиска приемлемых альтернатив для замены металла, традиционно используемого во многих типах электротехнических изделий и деталей.

Необходимость в замене металлов альтернативными материалами вызвана их большой массой, способами их производства, часто высокой стоимостью и ограничениями в доступности получения требуемых форм, а кроме того, иногда проблемами коррозии, часто требующими нанесения защитных покрытий, которые имеют высокую стоимость и загрязняют окружающую среду.

Зачастую выбор детали, изготовленной из металла, связан не с ее механическими характеристиками, а с высокой тепло- и электропроводностью.

Поэтому полимеры, широко известные как изолирующие материалы, ранее не принимавшиеся во внимание, в настоящее время превратились в интересный исходный материал для промышленного изготовления или поиска на рынке проводящих или непроводящих полимеров или полимерных смол, поскольку они могут быть обогащены металлическими или неметаллическими проводниками (http://www.matech.it/downloads/websiteMat/news/417/Conducibilit%C3%A0.pdf).

На сегодняшний день на рынке доступно множество устройств, подходящих для измерения концентрации или других параметров некоторых анализируемых веществ в пробах морской воды, воды в бассейнах или технической воды с использованием, например, колориметрического или электрохимического методов обнаружения.

В Analytica Chimica Acta (2005), 537:293-298 описаны платиновые, золотые и стеклоуглеродные электроды. Недостатком электродов этих типов является то, что они подвергаются процессу пассивации поверхности электрода в присутствии высокой концентрации свободного хлора.

На сайте https://www.prominent.it/it/Prodotti/Prodotti/Sistemi-di-misura-e-regolazione-sensori/Sensori/p-sensors-free-chlorine.html описано большое количество датчиков и/или электродов для измерения pH или электролитов, растворенных в воде.

На сайте https://www.ensingerplastics.com/it-it/semilavorati/prodotti-semilavorati/peek-conduttivo-tecapeek-els-cf30-black описан электропроводный полимерный материал, армированный углеродными волокнами (Tecapeek ELS CF30, black®).

На сайте https://www.ensingerplastics.com/it-it/semilavorati/prodotti-semilavorati/peek-tecapeek-els-nano-black описан электропроводный полимерный материал, армированный углеродными нанотрубками (Tecapeek ELS nano black®).

На рынке представлено много компаний, предлагающих электрохимические сенсоры или электрохимические зонды для измерения рН, концентрации растворенных в воде соединений, но ни одна из них не предлагает электрохимический сенсор или электрохимический датчик, содержащий вспомогательный электрод, электрод сравнения и/или рабочий электрод, изготовленный с использованием одного или нескольких проводящих полимерных материалов.

Как упоминалось выше, представленные на рынке электрохимические датчики содержат противоэлектроды, электроды сравнения и рабочие электроды, изготовленные из проводящего металла, такого как сталь, золото, серебро, платина, никель. Лучшие коммерчески доступные датчики свободного хлора содержат стальной противоэлектрод, серебряный электрод сравнения и золотой рабочий электрод (sonda per Cloro libero, organico ed inorganico Tecnosens, modello NCL T20 e NCL T2 http://www.tsens.eu).

Стальные электроды легко окисляются и нуждаются в частой замене, в противном случае полученные с их помощью измерения будут неточными.

Это влечет за собой высокие затраты на техническое обслуживание датчика или (очень часто) замену всего поврежденного электрохимического датчика новым датчиком, в котором, помимо нового стального электрода, также будут установлены новый серебряный электрод сравнения и новый золотой рабочий электрод.

Рабочий электрод и электрод сравнения обычно погружены в раствор электролита, который их защищает и обеспечивает их работу. Данные электроды вступают в контакт с анализируемой водой через мембрану и, следовательно, не окисляются/не разлагаются за короткие промежутки времени, но они имеют очень высокую себестоимость.

Себестоимость связана как со стоимостью используемого сырья - золота или серебра, так и со стоимостью процесса изготовления электродов из драгоценных металлов.

На самом деле обработка золота и серебра по очевидным причинам должна осуществляться в контролируемых условиях, где можно собрать все отходы, имеющие очень высокую коммерческую ценность.

Специалистам в данной области известно, что затраты на управление электронной/сенсорной системой в условиях «контроля воды» имеют значительно большую стоимость.

Кроме того, для эксперта в данной области также очевидно, что наличие:

- новых противоэлектродов, которые лишены упомянутых выше недостатков стальных электродов,

- новых электродов сравнения и рабочих электродов, полученных из менее дорогих материалов, чем серебро или золото, и/или

- новых способов изготовления трех указанных электродов, которые проще в исполнении и, следовательно, имеют меньшую стоимость,

является насущной потребностью в данной области техники.

Описание изобретения

Настоящее изобретение относится к новым электрохимическим сенсорам и электрохимическим датчикам, полезным для определения растворенных в воде соединений, которые значительно более устойчивы к воздействию коррозионно-активных веществ, присутствующих в морской воде или промышленных водах, значительно дешевле как в отношении материалов, из которых они изготовлены, так и способов их получения;

где указанные датчики включают по меньшей мере один вспомогательный электрод (в дальнейшем также обозначаемый как противоэлектрод) и/или по меньшей мере один электрод сравнения и/или по меньшей мере один рабочий электрод; где указанные электроды получают (изготавливают) из полимерной матрицы, содержащей по меньшей мере один проводящий полимер, или по меньшей мере один непроводящий или плохо проводящий полимер, скомбинированный/интегрированный по меньшей мере с одним проводящим металлическим или неметаллическим материалом.

Согласно настоящему изобретению термин:

- «электрохимический сенсор» (или «электрохимический датчик») относится к сенсору (или датчику), содержащему по меньшей мере один вспомогательный электрод и/или по меньшей мере один рабочий электрод;

- электрохимический сенсор или электрохимический датчик не относится к электрохимическим сенсорам, электродам или датчикам, напечатанным на бумаге или на полимерной «поверхности/носителе»;

- проводящий полимер относится к полимеру, который способен обеспечить количество электричества, достаточное для «функционирования» противоэлектрода, электрода сравнения или рабочего электрода (хороший электропроводящий полимер);

- «непроводящий или плохо проводящий» полимер относится к полимеру, не подходящему для обеспечения количества электричества, достаточного для «функционирования» противоэлектрода, электрода сравнения или рабочего электрода (перед применением он должен быть соответствующим образом интегрирован/помещен в комбинацию с проводящим металлическим или неметаллическим материалом);

- «проводящий металлический или неметаллический» материал относится к проводнику электрического тока (металлическому и/или неметаллическому), выбранному, в качестве неограничивающего примера, из углерода, углеродных нанотрубок, углеродных нанорогов, сажи, графита, графена, фуллеренов, серебра, меди, золота, алюминия, цинка, хрома, олова, иридия, вольфрама, никеля, железа, платины, свинца, оксида индия-олова, оксида цинка, легированного алюминием.

Согласно настоящему изобретению термин «полимерная матрица» относится к:

• по меньшей мере одному проводящему полимеру, по меньшей мере одной проводящей смоле или их смесям;

• по меньшей мере одному непроводящему полимеру или плохо проводящему полимеру в смеси по меньшей мере с одним проводящим полимером;

• по меньшей мере одной непроводящей или плохо проводящей смоле в смеси по меньшей мере с одной проводящей смолой;

• по меньшей мере одному непроводящему полимеру или плохо проводящему полимеру в смеси по меньшей мере с одной проводящей смолой;

• по меньшей мере одной непроводящей или плохо проводящей смоле в смеси по меньшей мере с одним проводящим полимером;

• по меньшей мере одному непроводящему или плохо проводящему полимеру в комбинации по меньшей мере с одним проводящим металлическим или неметаллическим материалом;

• по меньшей мере одной непроводящей или плохо проводящей смоле в комбинации по меньшей мере с одним проводящим металлическим или неметаллическим материалом;

• по меньшей мере одному непроводящему или плохо проводящему полимеру в смеси по меньшей мере с одной непроводящей или плохо проводящей смолой в комбинации по меньшей мере с одним проводящим металлическим или неметаллическим материалом; или

• к «подходящему материалу», то есть материалу, готовому к использованию для создания нового электрода согласно изобретению.

Согласно настоящему изобретению термин «подходящий материал», то есть материал, готовый к использованию для создания нового электрода согласно изобретению, означает материал, полученный, например, в результате осуществления приведенного ниже способа получения согласно изобретению.

Таким образом, целью настоящего изобретения является способ изготовления электрода с «полимерной матрицей», включающий следующие стадии:

Первая стадия:

Предоставление «полимера», выбранного из группы, включающей: полимер этилакрилата, сополимер акрилонитрила и бутадиена или стирола и бутадиена, целлюлозу, эпоксидную смолу, сополимер этилена и акриловой кислоты, фторполимер, природный каучук, меламин-формальдегидную или меламиновую смолу, гидрированный нитрильный каучук, полиэтиленоксид или ПЭГ, поли(4-метил-1-пентен), полибутилен, полиацеталь, полиацетилен, полиакриловую кислоту, полиакрилонитрил, полиамид 6, полиамид, полианилин, полибензимидазол, полибутадиен, полибутилентерефталат, поликарбонат, полихлоропрен, полидиметилсилоксан (силиконы), полиэпихлоргидрин, насыщенный или ненасыщенный сложный полиэфир, полиэфиркетон, полиэфиримид, полиэтилен, полиэтилен низкой плотности, хлорсульфированный полиэтилен, полиэтилен высокой плотности, поли(3,4-этилендиокситиофен), полиэтилентерефталат, полифениленсульфид, поли(фениленоксид), полифенилсульфон, полиизопрен, полиизотианафтен, фенолформальдегидные полимеры, поли(метилметакрилат), полиоксиметилен, поли(п-фенилен), поли-п-фениленсульфид, поли(п-фенилен)винилен, полипиррол, полипропилен, полистирол, политетрафторэтилен, политиофен, полиуретан или амино, поливинилхлорид, поливиниловый спирт, поливинилиденфторид, сополимер этилена и пропилена, мочевиноформальдегидные полимеры, уретановый сложный полиэфир или уретановый простой полиэфир, и любую из их возможных комбинаций в жидкой форме;

- согласно настоящему изобретению термин «в жидкой форме» означает, что при комнатной температуре данное вещество самопроизвольно находится в жидкой форме; в случае использования полимера, не находящегося при комнатной температуре в жидкой форме, его необходимо растворить/солюбилизировать/привести в жидкое состояние при помощи подходящего растворителя или путем нагревания, то есть довести его до его температуры плавления;

где:

- если указанный полимер в жидкой форме является проводящим полимером, он будет использован как таковой, то есть без дополнительной интеграции (с проводящим металлическим или неметаллическим материалом), а процесс будет продолжен с переходом непосредственно к третьей стадии;

- если указанный полимер в жидкой форме является непроводящим или плохо проводящим полимером, его необходимо подвергнуть обработке на второй стадии.

Вторая стадия:

По меньшей мере один металлический и/или неметаллический электропроводящий материал прибавляют к непроводящему полимеру первой стадии; где указанный материал выбирают из группы, включающей: углерод, углеродные нанотрубки, углеродные нанорога, сажу, графит, графен, фуллерены, серебро, медь, золото, алюминий, цинк, хром, олово, иридий, вольфрам, никель, железо, платину, свинец, оксид индия-олова (ITO), оксид цинка, легированный алюминием (AZO), в количестве от 0% до 40%, предпочтительно в количестве от 0,01-35%, особенно предпочтительным является количество 1-30%;

где:

- углерод находится в виде углеродного волокна, углеродных нановолокон, углеродных нанотрубок, сажи или углеродных наноглин, углеродных нанорогов;

- графен находится в виде графена, оксида графена, графеновых нанопластинок или фуллерена;

- металл находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок;

- проводящая керамика, такая как оксид индия-олова (ITO) или оксид цинка, легированный алюминием (AZO), находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок;

специалисту в данной области очевидно, что доза/количество электропроводящего материала, добавляемого к полимеру, будет определяться проводящими характеристиками используемого полимерного материала и степенью проводимости, которую требуется достичь. Специалист в данной области легко определит указанную степень проводимости, которую требуется достичь, и

полученную в результате комбинацию/смесь/суспензию выдерживают при перемешивании в течение от нескольких минут до нескольких часов;

Третья стадия:

Жидкую массу, полученную на первой или второй стадии, выдержанную при перемешивании, выливают в шнековый экструдер, доводят до температуры формования и придают ей подходящую форму.

После охлаждения полученную заготовку подвергают механической обработке, получая электрод нужной формы и размеров, готовый к подключению к электронному измерительному устройству (термопластичные полимеры).

В альтернативном варианте жидкую массу, полученную на первой или второй стадии, выдержанную при перемешивании, выливают в форму и оставляют ее для остывания и, необязательно, затвердевания.

Полученную в результате заготовку подвергают механической обработке, получая продукт с необходимыми для электрода формой и размером, готовый к подключению к электронному измерительному устройству (термоотверждаемые полимеры).

Описанный выше трехстадийный способ получения можно описать иным образом, сохранив при этом все его существенные характеристики.

Таким образом, следующей целью настоящего изобретения является способ получения электрода с полимерной матрицей, в котором:

- к полимеру, находящемуся в жидкой форме, выбранному из группы, упомянутой выше применительно к первой стадии, добавляют по меньшей мере один металлический и/или неметаллический электропроводящий материал, упомянутый выше применительно ко второй стадии, в количестве от 0% до 40%; предпочтительно количество составляет 0,01-35%; особенно предпочтительное количество составляет 1-30%; полученную в результате смесь перемешивают в течение периода времени от нескольких минут до нескольких часов, а затем выливают в шнековый экструдер, доводят до температуры формования и придают ему форму электрода;

или:

- выливают в форму и оставляют ее для остывания и, необязательно, затвердевания;

После охлаждения полученную заготовку подвергают механической обработке, получая электрод необходимой формы и размера, готовый к подключению к электронному измерительному устройству.

Под термином «отверждение» или «отверждать» согласно настоящему изобретению подразумевают трансформацию, сопровождающую реакции сшивания (процесс, при котором полимерные цепи вступают в реакцию, в результате которой между различными цепями возникают связи на уровне реакционноспособных функциональных групп), которая происходит между полимерными цепями с образованием прочной связи (ковалентной или ионной) (IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). A. D. McNaught и A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML онлайн, исправленная версия: http://goldbook.iupac.org (2006-) M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; дополнения A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook).

На первой стадии, второй стадии, третьей стадии, на стадии формования или на стадии охлаждения и/или отверждения в форме можно необязательно добавлять один или более вспомогательных компонентов, разбавителей, красителей, отвердителей, резину, средства, обеспечивающие эластичность, масла, соли металлов и/или разжижающие средства, и одну или более промышленно применимых термических обработок, таких как описанные в “Composites manufacturing: materials, product, and process engineering” di Mazumdar, Sanjay K ISBN 0-8493-0585-3 2002 CRC-press”.

Следующей целью настоящего изобретения является электрод, изготовленный с использованием полимерной матрицы, полученный описанным выше способом.

Следующей целью настоящего изобретения является электрохимический сенсор, содержащий по меньшей мере один электрод, изготовленный с использованием полимерной матрицы, полученной описанным выше способом, где указанный электрод выбирают из группы, включающей вспомогательный электрод, электрод сравнения и рабочий электрод;

полимерную матрицу, содержащую по меньшей мере один материал на основе серебра, предпочтительно используют для электрода сравнения.

Следующей целью настоящего изобретения является электрохимический сенсор, включающий систему обнаружения и передачи данных, снабженную аккумулятором или устройством безаккумуляторного типа, в котором изменение сигнала, обнаруженное системой обнаружения и передачи данных, передается по электрическим проводам системы передачи данных, или, предпочтительно, через беспроводную систему с помощью систем, известных в данной области техники, таких как, в качестве неограничивающего примера, использование технологии радиочастотной идентификации (RFID) для передачи данных на внешний считыватель с использованием небольшой антенны, чтобы максимизировать эффективность сбора и передачи данных.

Данная система может функционировать в режиме «пассивной RFID» или без аккумуляторов, получая энергию, необходимую для передачи данных, непосредственно из системы считывания, при ограниченном расстоянии считывания (до 10-15 м). В режиме «активной RFID», при наличии аккумулятора, можно сохранять данные в чипе и достигать больших расстояний передачи (Amendola, S., & Marrocco, G. (2017). IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65(2), 473-481) (Caccami, M. C., Hogan, M. P., Alfredsson, M., Marrocco, G., & Batchelor, J. C. (2018). IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 66(2), 609-617).

Следующей целью настоящего изобретения является электрохимический датчик, содержащий по меньшей мере один упомянутый выше электрохимический сенсор.

Следующей целью настоящего изобретения является полимерный материал/соединение, выбранное из группы, включающей: Tecapeek ELS CF30 black®, Tecapeek ELS nano black®, Tecaform AH ELS black ®, Tecaflon PVDF ELS black; Tecapeek SD black ®, LARAMID K/40 HM®, LARPEEK 10 K/20®, LARPEEK 10 K/30®, LARPEEK 10 K/40®, LARTON K/20®, LARTON K/30®, LARTON K/40 HM®, LARTON L K/20®, LASTILAC RT K/10®, LATAMID 66 H2 K/20®, LATAMID 66 H2 K/30®, LATAMID 66 H2 K/40®, LATAMID 66 H2 K/50®, LATER 4 K/30®, LATICONTHER 52/11 GR/70®, LATICONTHER 62 GR/50®, LATICONTHER 62 GR/50-V0®, LATICONTHER 62 GR/70®, LATICONTHER 75 GR/50®, LATICONTHER 80 GR/50®, LATICONTHER 87/28 GR/50®, LATIGRAY 82-03 CW/95®, LATIGRAY 82-03 CW/96 F3®, LATIGRAY 82-05 CX/90®, LATILUB 87/28-17ST K/15®, LATIMASS 82-05 D040®, LATIOHM 57-05 PD01 G/15®, LATIOHM 62-03 PD01 G/20®, LATIOHM 66-04 PD01 G/25-V0CT1®, LATIOHM 66-07 PD08 G/30®, LATIOHM 73-09 PD01 G/20®, LATIOHM 75/4-03 PD01 G/20®, LATIOHM 75/4-08 PD01 G/30®, LATIOHM 80-04 PD01 G/30®, LATIOHM 80-05 CNT GCE/500®, LATIOHM 82-02 PD09®, LATIOHM 85-06 PD01 G/15®, LATIOHM 87/26-06 PD01-V1®, LATIOHM 87/28-05 PD01 G/10®, LATIOHM 88/10-06 CNT®, LATIOHM 90/13-09 PD01 G/10®, LATISHIELD 36/AR-08A G/17-V0E®, LATISHIELD 36/AR-10A-V0E®, LATISHIELD 36/SP-05A®, LATISHIELD 38/11-08A G/10®, LATISHIELD 52/5-07A®, LATISHIELD 66-08A G/25-V0KB1®, LATISHIELD 66-10A®, LATISHIELD 66-10A G/15®, LATISHIELD 66-10A H2 CETG/400®, LATISHIELD 66-13A G/30®, LATISHIELD 73/13-07A®, LATISHIELD 75/4-10A®, LATISHIELD 85-08A G/20®, LATISHIELD 87/28-10A®, LATISHIELD 87/28-10A G/20®, LATISTAT 36/MR-04®, LATISTAT 45/7-02®, LATISTAT 47/7-03®, LATISTAT 48/9900-03®, LATISTAT 52/7-02®, LATISTAT 52/7-02 MI/30®, LATISTAT 62-06 K/10®, LATISTAT 66-06®, LATISTAT 83-05® e LATISTAT 87/28-06®; для использования в изготовлении электрода, выбранного из группы, включающей противоэлектрод, электрод сравнения и рабочий электрод.

Следующей целью настоящего изобретения является набор, включающий по меньшей мере один датчик и по меньшей мере один электрод согласно изобретению, по меньшей мере один блок электронного контроля и/или исполнительный механизм, по меньшей мере один дисплей, необязательно сенсорный, и по меньшей мере один измерительный канал для хранения зарегистрированных электрохимических параметров, и по меньшей мере одну систему передачи данных, снабженную аккумулятором или устройством безаккумуляторного типа.

Возможность изготовления электродов на основе проводящих полимеров позволяет получать электроды с тепловыми, электрическими и/или электрохимическими свойствами металлических электродов, однако с более простыми характеристиками обработки/переработки полимера. Таким образом можно изготавливать электроды, характеризующиеся желательной геометрией и материалом, избегая технологических ограничений, связанных с обычными методами механической обработки. Таким образом можно получать электроды непосредственно на носителе, что снижает как проблемы гидравлического уплотнения, так и количество необходимого для этого благородного металла.

Использование меньшего количества благородного металла для изготовления электродов приводит к снижению затрат; использование электродов желательной геометрии позволяет повысить производительность датчиков.

Важнейшую роль в измерительной цепи играет электрическое соединение между металлом электродов и электрическим проводом, по которому сигнал передается на измерительное устройство. Это соединение обычно обеспечивается при помощи пайки, которая включает непрямое соединение деталей путем плавления материала с более низкой температурой плавления, находящегося между расположенными рядом и нагретыми деталями, который фактически выполняет функцию «клея» между двумя деталями.

Такая пайка, помимо того, что она представляет собой очень деликатную операцию, может привести к нежелательным электрохимическим реакциям при контакте с жидкостью, что нарушает работу датчика.

Благодаря использованию полимерной матрицы согласно изобретению, в настоящее время появилась возможность интегрировать электрическое соединение непосредственно в полимерный материал, из которого состоит вспомогательный электрод, электрод сравнения и/или рабочий электрод, или использовать сам полимер в качестве клея между электродом и проводом, подсоединяемым к прибору.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение, не ограничивая его, и включают отсылки на описанные выше фигуры.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлен электрохимический датчик согласно настоящему изобретению, в котором:

- цифрой 1 обозначен противоэлектрод, изготовленный из «полимерной матрицы»,

- цифрой 2 обозначен электрод сравнения, изготовленный из «полимерной матрицы»,

- цифрой 3 обозначен рабочий электрод, изготовленный из «полимерной матрицы», а цифрой 4 обозначена зона электрического соединения.

На фиг. 2 представлен пример противоэлектрода на основе «полимерной матрицы»,

На фиг. 3 более подробно представлены три указанных электрода, изготовленные из «полимерной матрицы» согласно настоящему изобретению, где:

- цифрой 1 обозначен противоэлектрод,

- цифрой 2 обозначен электрод сравнения, а

- цифрой 3 обозначен рабочий электрод.

На фиг. 4 показано изменение во времени выходного сигнала измерительной системы при изменении концентрации свободного хлора в анализируемой воде: 0,15, 0,30, 0,40, 0,80, 1,20, 1,90, 1,40, 5,0, 9,5, 13,0, 15,0, 18,0 ч/млн относительно датчика, известного в данной области техники.

На фиг. 5 показано изменение во времени выходного сигнала измерительной системы при использовании датчика, известного в данной области техники, где противоэлектрод изготавливали с использованием соединения согласно настоящему изобретению (PEEK, модифицированный углеродными нанотрубками, см. пример 19);

в то время как в качестве электродов сравнения и рабочих электродов применяли электроды, известные в данной области техники; концентрация свободного хлора в анализируемой воде составляла 0,15, 0,30, 0,40, 0,80, 1,20, 1,90, 1,40, 5,0, 9,5, 13,0, 15,0, 18,0 ч/млн.

На фиг. 6 показано изменение во времени выходного сигнала измерительной системы при использовании датчика, известного в данной области техники, где противоэлектрод изготавливали с использованием соединения согласно настоящему изобретению (PEEK, армированный углеродным волокном, смотри пример 20); тогда как в качестве электродов сравнения и рабочих электродов применяли электроды, известные в данной области техники; концентрация свободного хлора в анализируемой воде составляла 0,15, 0,30, 0,40, 0,80, 1,20, 1,90, 1,40, 5,0, 9,5, 13,0, 15,0, 18,0 ч/млн.

Подробное описание изобретения

Примеры

Пример 1

Способ изготовления электрода с использованием поливинилиденфторида (PVDF) (термопластичного) в комбинации с сажей

В 60 мл ДМФА (N,N-диметилформамид) диспергировали 610 мг сажи (CB, от англ. “carbon black”). Полученную дисперсию обрабатывали ультразвуком (30%-ная амплитуда при мощности 200 Вт) на бане со льдом в течение по меньшей мере одного часа.

К дисперсии СВ, обработанной ультразвуком, добавляли 5 г PVDF в виде гранул.

Полученный раствор выдерживали при легком перемешивании в течение двух часов при 90°C, а затем при 60°C до выпаривания растворителя.

Полученное твердое вещество собирали и нарезали на гранулы.

Гранулу помещали в шнековый экструдер и доводили ее до температуры формования примерно 175°C для придания ей необходимой формы.

Полученную при этом заготовку подвергали механической обработке для получения электрода нужной формы и размера, готового к подключению к электронному измерительному устройству.

Пример 2

Способ изготовления электрода с использованием поливинилиденфторида (PVDF) (термопластичного) в комбинации с углеродными нанотрубками

Используя метод, описанный в примере 1, при использовании 122 мг углеродных нанотрубок получали электрод нужной формы и размера, готовый к подключению к электронному измерительному устройству.

Пример 3

Способ изготовления электрода с использованием РЕТ (термопластичного) полиэтилентерефталата в комбинации с углеродными нанотрубками

Используя метод, описанный в примере 2, но с использованием PET (полиэтилентерефталата) вместо PVDF, получали электрод нужной формы и размера, готовый к подключению к электронному измерительному устройству.

Пример 4

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нановолокнами

В 50 мл бутилового эфира диэтиленгликоля (BGE) диспергировали 498 мг углеродных нановолокон и обрабатывали ультразвуком в течение одного часа на бане со льдом (30%-ная амплитуда при мощности 200 Вт). К дисперсии BGE и углеродных нановолокон прибавляли 10 г эпоксидной смолы (DGEBA Araldite LY554®).

Полученное соединение выдерживали при перемешивании при комнатной температуре до полного выпаривания растворителя BGE.

К дисперсии смолы и углеродных нановолокон прибавляли 6 г отвердителя (триэтиленамины Araldite HY956®). Полученное соединение подвергали легкому механическому перемешиванию в течение 5 минут, а затем выливали в форму, имеющую форму электрода.

Через 24 часа при комнатной температуре получали электрод окончательной формы, готовый к подключению к электронной измерительной системе.

Пример 5

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нановолокнами

Используя метод, описанный в примере 4, растворитель BGE удаляли механическим способом путем фильтрования дисперсии углеродных волокон и BGE.

Углеродные нановолокна, распутавшиеся под действием ультразвука, собирали на фильтровальной бумаге и сушили. После высушивания волокна диспергировали в смоле путем механического перемешивания.

Пример 6

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нановолокнами

Используя метод, описанный в примере 5, углеродные нановолокна диспергировали в отвердителе вместо смолы, диспергировали путем механического перемешивания, а затем прибавляли к смоле.

Пример 7

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нанотрубками

Используя метод, описанный в примере 4, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанотрубок.

Пример 8

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нанотрубками

Используя метод, описанный в примере 5, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанотрубок.

Пример 9

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с углеродными нанотрубками

Используя метод, описанный в примере 6, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанотрубок.

Пример 10

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с нанопорошком серебра

Используя метод, описанный в примере 4, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанопорошка серебра.

Пример 11

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с нанопорошком серебра

Используя метод, описанный в примере 5, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанопорошка серебра.

Пример 12

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с нанопорошком серебра

Используя метод, описанный в примере 6, углеродное нановолокно заменяли равным количеством нанопорошка серебра.

Пример 13

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами золота

Используя метод, описанный в примере 4, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц золота.

Пример 14

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами золота

Используя метод, описанный в примере 5, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц золота.

Пример 15

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами золота

Используя метод, описанный в примере 6, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц золота.

Пример 16

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами платины

Используя метод, описанный в примере 4, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц платины.

Пример 17

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами платины

Используя метод, описанный в примере 5, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц платины.

Пример 18

Способ изготовления электрода с использованием эпоксидной смолы (термоотверждаемой) в комбинации с наночастицами платины

Используя метод, описанный в примере 6, углеродное нановолокно заменяли равным количеством наночастиц платины.

Пример 19

Способ изготовления противоэлектрода с использованием полиэфиркетона в комбинации с углеродными нанотрубками

Прут из полиэфиркетона, содержащий/объединенный с углеродными нанотрубками (TECAPEEK ELS nano black®), имеющий поверхностное удельное сопротивление 102–104 Ом и объемное удельное сопротивление 103–105 Ом/см, подвергали токарной обработке и резке до получения кольца с внутренним диаметром 23 мм и наружным диаметром 25 мм (смотри фиг. 2). Кольцо помещали на гнездо зонда, а провод, необходимый для электрического соединения, вставляли в подходящий паз. Электрический контакт и гидравлическое уплотнение обеспечивались двухкомпонентным электропроводящим клеем на основе эпоксидной смолы, наполненным наночастицами сажи.

Пример 20

Способ изготовления противоэлектрода с использованием полиэфиркетона в комбинации с углеродным волокном

Используя метод, описанный в примере 19, TECAPEEK ELS nano black® заменяли TEKAPEEK ELS CF30 black ®.

Пример 21

Измерение свободного хлора с использованием электрохимического датчика, в котором противоэлектрод получали способом примера 19.

Термин «свободный хлор» относится к совокупности хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов, образующихся при добавлении в водном растворе таких соединений как:

• гипохлорит натрия;

• гипохлорит кальция;

• газообразный хлор;

• производные изоциануровой кислоты (дихлор- и трихлор-).

Для измерения свободного хлора применяли два электрохимических датчика, где:

- первый использованный датчик представлял собой датчик, известный в данной области (датчик свободного хлора, органического и неорганического; Tecnosens s.r.l. модели NCL T20 e NCL T2, доступный на сайте http://www.tsens.eu), в котором рабочий электрод изготовлен из золота, электрод сравнения - из серебра, а противоэлектрод - из стали;

- второй датчик представлял собой датчик, известный в данной области, в котором стальной противоэлектрод заменяли противоэлектродом на основе полимерной матрицы, который был получен методом, описанным в примере 19 согласно настоящему изобретению.

Измерение проводили, вводя датчики в гидравлический контур, в котором содержание свободного хлора в воде варьировалось.

Результаты, полученные с применение датчика, известного в данной области техники, представлены на фиг. 4, тогда как результаты, полученные с применением датчика согласно настоящему изобретению, представлены на фиг. 5.

На изображениях показано изменение во времени выходного сигнала измерительной системы при изменении концентрации свободного хлора в анализируемой воде.

Специалисту в данной области известно, что изменение сигнала обусловлено протеканием реакции восстановления.

Значение pH, при котором проводили тесты, составляло от 4 до 10; температура оставалась в интервале от 0°C до 45°C.

Из полученных результатов видно, что при проведении измерений при помощи датчика, содержащего электрод на основе полимерной матрицы согласно изобретению, при:

- интервале измерения в пределах от 0,010 до 2,000 ч/млн и от 0,05 до 20 ч/млн;

- интервале значений рН анализируемой воды: 4-10 (специалисту в данной области известна зависимость чувствительности от изменения рН);

- наклоне сигнала, изменяющегося в пределах ± 50% по отношению к номинальному наклону;

- интервале температуры: от 0 до 45°C;

Получали измерения/значения, аналогичные результатам, полученным с применением датчика данной области техники, содержащего стальной противоэлектрод.

В данной экспериментальной модели при возрастании концентрации растворенных солей в воде наблюдалось различие между поведением датчика предшествующего уровня техники (стальной противоэлектрод) и датчика, в котором противоэлектрод находился в полимерной матрице согласно изобретению.

Фактически при превышении концентрацией растворенных в воде солей значения 10000 ч/млн, на стальном противоэлектроде образовывались продукты коррозии, приводя стальной электрод датчик в негодность, тогда как на датчике с противоэлектродом на основе полимерной матрицы согласно изобретению продукт коррозии не образовывался; затем его можно было использовать для дальнейших измерений свободного хлора.

Через месяц измерения при концентрации соли в воде свыше 10000 ч/млн на противоэлектроде согласно изобретению все еще не наблюдалось никаких признаков коррозии.

Пример 22

Измерение свободного хлора с использованием электрохимического датчика, содержащего противоэлектрод, полученный, как описано в примере 20 согласно изобретению.

Используя метод, описанный в примере 21, для измерения свободного хлора использовали два электрохимических датчика, где:

- первый использованный датчик представлял собой датчик, известный в данной области (датчик свободного хлора, органического и неорганического; Tecnosens s.r.l. модели NCL T20 e NCL T2, доступный на сайте http://www.tsens.eu), в котором рабочий электрод изготовлен из золота, электрод сравнения - из серебра, а противоэлектрод - из стали;

- второй датчик представлял собой датчик, известный в данной области, в котором стальной противоэлектрод заменяли противоэлектродом на основе полимерной матрицы, который был получен методом, описанным в примере 20.

Полученные результаты были аналогичны результатам, приведенным в примере 21, и представлены на фиг. 6.

На фиг. 6 показано изменение во времени выходного сигнала измерительной системы при изменении концентрации свободного хлора в анализируемой воде.

Кроме того, в этом случае противоэлектрод с полимерной матрицей согласно изобретению проявил коррозионную стойкость, как в примере 21.

Пример 23

Измерение свободного хлора с использованием нового электрода сравнения с полимерной матрицей, полученного, как описано в примере 11

Для измерения свободного хлора способом, который описан в предшествующих примерах, использовали электрод сравнения с полимерной матрицей на основе серебра, полученный как описано в примере 11.

Полученные результаты были аналогичны результатам, приведенным в примерах 21-22.

Как указано выше, электрод сравнения (включая электрод согласно настоящему изобретению) погружен в раствор электролита, который защищает и обеспечивает его работу.

Преимущество использования электрода сравнения согласно настоящему изобретению вместо серебряного электрода, находящегося в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 23

Измерение свободного хлора с использованием нового рабочего электрода примера 14

Золотой рабочий электрод датчика предшествующей области техники заменяли рабочим электродом, полученным, как описано в примере 14, и использовали для измерения свободного хлора методом, который описан в примере 21.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 21-22.

Как указано выше, рабочий электрод (включая электрод согласно настоящему изобретению) погружен в раствор электролита, который защищает и обеспечивает его работу.

Преимущество использования рабочего электрода согласно настоящему изобретению вместо золотого электрода, находящегося в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 24

Измерение свободного хлора с использованием противоэлектрода примера 19 электрода сравнения примера 11.

Противоэлектрод и электрод сравнения датчика предшествующей области техники заменяли противоэлектродом примера 19 и электродом сравнения примера 11, и использовали для измерения свободного хлора способом, который описан в примере 21.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 21-23.

Противоэлектрод с полимерной матрицей согласно изобретению продемонстрировал коррозионную стойкость подобно электроду примера 21.

Кроме того, преимущество использования электрода сравнения согласно настоящему изобретению вместо серебряного электрода, находящегося в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 25

Измерение свободного хлора с использованием нового противоэлектрода примера 19 и нового рабочего электрода примера 14.

Противоэлектрод и рабочий электрод датчика предшествующей области техники заменяли противоэлектродом примера 19 и рабочим электродом примера 14, и использовали для измерения свободного хлора способом, который описан в примере 21.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 21-24.

Кроме того, в данном случае противоэлектрод с полимерной матрицей согласно изобретению продемонстрировал коррозионную стойкость подобно электроду примера 21.

Кроме того, преимущество использования рабочего электрода согласно настоящему изобретению вместо золотого электрода, находящегося в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 26

Определение свободного хлора с использованием нового электрода сравнения примера 11 и нового рабочего электрода примера 14.

Для измерения свободного хлора способом, описанным в примере 21, вместо серебряного электрода сравнения и золотого рабочего электрода датчика предшествующей области использовали электрод сравнения примера 11 и рабочий электрод примера 14.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 21-25.

Кроме того, в данном случае применение электрода сравнения и рабочего электрода согласно настоящему изобретению вместо, соответственно, серебряного и золотого электрода, находящихся в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 27

Определение свободного хлора с использованием нового электрода сравнения примера 11, нового рабочего электрода примера 14 и нового противоэлектрода примера 19.

Для измерения свободного хлора способом, описанным в примере 21, вместо серебряного электрода сравнения, золотого рабочего электрода и стального противоэлектрода датчика предшествующей области использовали электрод сравнения примера 11, рабочий электрод примера 14 и противоэлектрод примера 19.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 21-26.

Кроме того, в данном случае применение электрода сравнения и рабочего электрода согласно настоящему изобретению вместо соответственно серебряного и золотого электрода, находящихся в датчиках, известных в данной области техники, связано как со значительным снижением стоимости сырья, так и промышленного способа получения электрода.

Пример 28

Определение свободного хлора с использованием нового противоэлектрода примера 10, электрода сравнения примера 11 и рабочего электрода примера 1.

Для измерения свободного хлора способом, описанным в примере 21, вместо электродов датчика предшествующей области использовали противоэлектрод примера 10, электрод сравнения примера 11 и рабочий электрод примера 1.

Полученные результаты были сопоставимы с результатами, приведенными в примерах 25-27.

Пример 29

Определение свободного хлора с использованием нового противоэлектрода примера 1, электрода сравнения примера 11 и рабочего электрода примера 10.

Для измерения свободного хлора способом, описанным в примере 21, вместо электродов датчика предшествующей области использовали противоэлектрод примера 1, электрод сравнения примера 11 и рабочий электрод примера 10.

Полученные результаты и преимущества были сопоставимы с результатами и преимуществами, приведенными в примерах 25-27.

Изобретение относится к электрохимическим датчикам (или сенсорам), устойчивым к действию коррозионно-активных веществ, присутствующих в морской воде или промышленных водах, применимым для обнаружения соединений, находящихся в воде. Способ изготовления электрода с полимерной матрицей включает: добавление к полимерной матрице в жидкой форме электропроводящего металлического и/или неметаллического материала, где полимерную матрицу выбирают из группы, состоящей из следующих компонентов: сополимер акрилонитрила-бутадиен-стирола, этилвинилацетат, полиацеталь, полиамид 6, полиамид 12, полиамид 66, полиамид, полибутилентерефталат, поликарбонат, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полиэфирсульфон, полиэтилен, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полифениленсульфид, полиоксиметилен, гомополимер или сополимер полипропилена, поливинилиденфторид, и любые их возможные комбинации; электропроводящий металлический и/или неметаллический материал выбирают из группы, состоящей из следующих компонентов: углерод, графен, фуллерен, серебро, медь, золото, алюминий, цинк, хром, олово, иридий, вольфрам, никель, железо, платина, свинец, оксид цинка, легированный алюминием (AZO), оксид индия-олова (ITO), проводящая керамика, при этом указанный электропроводящий металлический и/или неметаллический материал добавляют в количестве от 0,00% до 40%, необязательно в количестве от 0,1-35% по отношению к полимерному материалу, более предпочтительно в количестве от 1-30%, где: углерод находится в виде углеродного волокна, углеродного нановолокна, углеродных нанотрубок, сажи, углеродной наноглины или углеродных нанорогов, графен находится в виде графена, оксида графена, графеновых нанопластинок или фуллерена; металл находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок; проводящая керамика находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок; выдерживание полученной в результате смеси при перемешивании в течение 1-120 минут и помещение перемешанной смеси в форму. Техническим результатом является создание новых противоэлектродов, не подверженных коррозии в промышленных и морских водах. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ изготовления электрода с полимерной матрицей, включающий:

добавление к полимерной матрице в жидкой форме электропроводящего металлического и/или неметаллического материала, где

- полимерную матрицу выбирают из группы, состоящей из следующих компонентов: сополимер акрилонитрила-бутадиен-стирола, этилвинилацетат, полиацеталь, полиамид 6, полиамид 12, полиамид 66, полиамид, полибутилентерефталат, поликарбонат, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полиэфирсульфон, полиэтилен, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полифениленсульфид, полиоксиметилен, гомополимер или сополимер полипропилена, поливинилиденфторид, и любые их возможные комбинации;

- электропроводящий металлический и/или неметаллический материал выбирают из группы, состоящей из следующих компонентов: углерод, графен, фуллерен, серебро, медь, золото, алюминий, цинк, хром, олово, иридий, вольфрам, никель, железо, платина, свинец, оксид цинка, легированный алюминием (AZO), оксид индия-олова (ITO), проводящая керамика, при этом указанный электропроводящий металлический и/или неметаллический материал добавляют в количестве от 0,00% до 40%, необязательно в количестве от 0,1-35% по отношению к полимерному материалу, более предпочтительно в количестве от 1-30%, где:

- углерод находится в виде углеродного волокна, углеродного нановолокна, углеродных нанотрубок, сажи, углеродной наноглины или углеродных нанорогов,

- графен находится в виде графена, оксида графена, графеновых нанопластинок или фуллерена;

- металл находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок;

- проводящая керамика находится в виде порошка, дисперсии, геля, частиц, микрочастиц или наночастиц и/или нанопроволок;

выдерживание полученной в результате смеси при перемешивании в течение 1-120 минут, и

помещение перемешанной смеси в форму.

2. Способ по п.1, в котором после формовки электрод получают путем механической обработки.

3. Способ по п.1, включающий также добавление одного или более вспомогательных компонентов, разбавителей, красителей, отвердителей, резины, средств, обеспечивающих эластичность, масел, солей металлов и/или разжижающих средств, и/или одну или более термических обработок.

4. Электрод, изготовленный способом по п.1.

5. Электрод по п.4, представляющий собой рабочий электрод, противоэлектрод или электрод сравнения.

6. Электрохимический сенсор, включающий по меньшей мере один электрод по п.4.

7. Электрохимический сенсор по п.6, включающий также систему обнаружения и передачи данных, снабженную аккумулятором или устройством безаккумуляторного типа.

8. Электрохимический сенсор по п.6, в котором изменение сигнала, обнаруженное системой обнаружения и передачи данных, передается по электрическим проводам системы передачи данных, или, предпочтительно, через беспроводную систему.

9. Электрохимический сенсор по п.6, включающий также по меньшей мере один блок электронного контроля, по меньшей мере один дисплей, необязательно сенсорный, по меньшей мере один измерительный канал для хранения зарегистрированных электрохимических параметров.

10. Применение полимерной матрицы, выбранной из группы, состоящей из следующих компонентов: сополимер акрилонитрила-бутадиен-стирола, этилвинилацетат, полиацеталь, полиамид 6, полиамид 12, полиамид 66, полиамид, полибутилентерефталат, поликарбонат, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полиэфирсульфон, полиэтилен, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полифениленсульфид, полиоксиметилен, гомополимер или сополимер полипропилена, поливинилиденфторид и любые их возможные комбинации для изготовления электрода, выбранного из группы, включающей противоэлектрод, электрод сравнения и рабочий электрод.