Електродний стрижень із мікропористої кераміки з низькою проникністю

Основна цінність і перевага низької проникності

1. Зміст і фізичний механізм низької проникності мікропористих керамічних матеріалів

«Низька проникність» має тут чітке визначення: це стосується мембрани з мікропористої кераміки, яка дозволяє йонам утворювати невеликі контрольовані електричні контакти для підтримання провідності електрохімічного кола, але водночас значно уповільнює швидку двонаправлену конвекцію та дифузію між розчином у електроді (зазвичай насиченим розчином KCl) та зовнішнім тестовим розчином.

Реалізація цієї властивості ґрунтується на точній фізичній структурі мікропористих керамічних матеріалів. Керамічні матеріали (наприклад, оксид алюмінію, цирконій тощо) після спеціальної підготовки суміші та високотемпературного спікання утворюють жорстку, міцну пористу структуру з великою кількістю пов’язаних між собою пор на нанометровому або субмікронному рівні. Ці пори утворюють електрохімічний «рідинний інтерфейс».

• *Провідність йонів: Ці крихітні порові канали заповнені електролітом, утворюючи мініатюрні «сольові мости». Іони в розчині можуть переміщатися через ці канали, забезпечуючи цілісність вимірювального кола та створюючи стабільний електрохімічний потенціал.
• *Бар'єр для розчину: Через надзвичайно малий розмір пор, згідно з принципами гідромеханіки, розчини в таких вузьких каналах піддаються значному капілярному опору та в'язким силам. Це ефективно пригнічує загальний потік (конвекцію) розчину, спричинений різницею концентрацій (проникнення), статичною різницею тиску або коливаннями температури. Перенесення речовин відбувається переважно за рахунок повільних процесів дифузії іонів.

Іншими словами, мікропористі керамічні мембрани відіграють роль «іонних сит» та «обмежувачів потоку» у фізичному сенсі, забезпечуючи делікатний баланс між «передачею електричних сигналів» та «блокуванням обміну розчинами».

2、 Основна перевага низької проникності

• 1. Надзвичайна довгострокова стабільність та надовге життєвий термін: Це найважливіша перевага низької проникності. У складних середовищах, таких як бетон, ґрунт, підземні води або промислові стічні води, містяться високі концентрації іонів (наприклад, Cl⁻, SO₄²⁻) або хімічних речовин. Якщо проникність рідкого середовища занадто висока (наприклад, при використанні пористої кераміки або волокнистих філаментів), KCl всередині електрода швидко розсіюватиметься, а шкідливі зовнішні компоненти потраплять усередину, забруднюючи нитки Ag/AgCl та електроліт, що призведе до необоротного зсуву опорного потенціалу та швидкого виходу електрода з ладу. Характеристики низької проникності мікропористої кераміки гранично уповільнюють процес обміну шкідливими речовинами, подовжуючи час стабільної роботи електродів з декількох днів або тижнів до місяців, років або навіть десятиліть, що робить їх особливо придатними для довгострокового вбудовування або сценаріїв онлайн-моніторингу, де заміна неможлива.
• 2. Виняткові антизабруднювальні та антизакупорювальні властивості: Під час вимірювань у розчинах, що містять білки, олії, колоїди або завислі частинки, традиційні пористі керамічні рідинні інтерфейси схильні до закупорювання або забруднення цими речовинами через великі пори. Як тільки відбувається закупорювання, опір рідинного з'єднання різко зростає, а потенціал рідинного з'єднання стає надзвичайно нестабільним, що призводить до дрейфу сигналу вимірювання або повної відмови. Нанометрові пори мікропористої кераміки ефективно фізично блокують проникнення цих великих молекул і частинок, подібно до міцного фільтра, забезпечуючи тривалу чистоту та функціональну стабільність рідинного інтерфейсу.
• 3. Стабільний потенціал рідинного сполучення із хорошою відтворюваністю: Потенціал рідинного сполучення є внутрішнім і основним джерелом похибки самого еталонного електрода. Коли два розчини з різним складом стикаються на межі розділу рідин, виникає різниця потенціалів через різну швидкість міграції іонів. Низька проникність мікропористої кераміки робить процес обміну іонами дуже повільним і контрольованим, що сприяє формуванню стабільного потенціалу рідинного інтерфейсу з мінімальними часовими коливаннями та хорошою відтворюваністю, тим самим фундаментально підвищуючи точність і порівнянність вимірювання потенціалу.

3. Застосування та необхідні компроміси

Завдяки вищезазначеним перевагам, мікропористі керамічні електроди стали переважним рішенням для вимірювання pH/потенціалу в середовищах, схильних до забруднення, таких як будівельна інженерія (моніторинг корозії бетону та сталі), геологічна розвідка, екологія (довгостроковий моніторинг якості води), а також харчова промисловість і біотехнології.

Однак кожна технологія має свої компроміси. Низька проникність створює внутрішню технічну проблему: високий опір на межі рідкої фази. Вузькі пори означають, що шлях міграції іонів перекритий, що призводить до високого значення опору самого керамічного мембранного елемента (звичайно десятки тисяч до сотень тисяч ом). Тому під час використання таких електродів необхідно застосовувати електрохімічну станцію або потенціометр з дуже високим вхідним опором (звичайно потрібно >10¹² Ом) для вимірювання, інакше сигнал буде сильно послаблений, що призведе до неточних показань, повільної відповіді або навіть повної втрати даних.

Отже, характеристики мікропористих керамічних електродів з низькою проникністю — це не просто «непроникність», а точна та контрольована «обмежена проникність». Завдяки своїй унікальній мікроструктурі вони жертвують певною провідністю задля безпрецедентної довготривалої стабільності, здатності протидіяти перешкодам і високої точності вимірювань, стаючи незамінним технічним забезпеченням надійного електрохімічного моніторингу в складних умовах.



Технічна таблиця параметрів