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- 淺析電化學傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/11/20
電化學傳感器用來測定目標分子或物質(zhì)的電學和電化學性質(zhì)，從而進行定性和定量的分析和測量。 最早的電化學傳感器可以追溯到20世紀50年代，當時用于氧氣監(jiān)測。到了20世紀80年代中期，小型電化學傳感器開始用于檢測PEL范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體，并顯示出了良好的敏感性與選擇性。目前，為保護人身安全起見，各種電化學傳感器廣泛應用于許多靜態(tài)與移動應用場合。
工作原理
電化學傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。
氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應，然后是憎水屏障，最終到達電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質(zhì)漏出傳感器。
穿過屏障擴散的氣體與傳感電極發(fā)生反應，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進行催化。
通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。
在實際中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化發(fā)應，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經(jīng)過一段較長時間后，它會導致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。
參考電極安裝在電解質(zhì)中，與傳感電極鄰近。固定的穩(wěn)定恒電勢作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒有電流流動。氣體分子與傳感電極發(fā)生反應，同時測量反電極，測量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標氣體。
近年來，隨著納米材料科學和微電子技術的快速發(fā)展，新原理、新技術、新材料和新工藝的廣泛采用，傳感器在小型化、微型化、智能化方向得到了日新月異的發(fā)展，具有特殊性能和優(yōu)點的電化學傳感器不斷涌現(xiàn)并進入實際應用。在歐美，伏安法已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的原子吸收法大量應用于醫(yī)藥、生物和環(huán)境分析領域。
目前，采用納米技術，提高電化學傳感器的選擇性、靈敏度和多目標同時測定，成了國內(nèi)外研究熱點，具體地說，集中在碳納米管和石墨烯傳感器的制備和產(chǎn)業(yè)化。
碳納米管被認為是一種性能優(yōu)異的新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，世界各國均在其制備和應用方面投入大量的研究開發(fā)力量，期望能占領該技術領域的“制高點”。碳納米管傳感器是目前納米傳感器的最重要平臺，在航天、機械、儀器儀表、汽車制造、油氣勘探、電子工程及醫(yī)療器械行業(yè)都有廣泛用途，并已經(jīng)成為相關技術發(fā)展的基礎條件。而石墨烯的出現(xiàn)，要比碳納米管更晚，但在近幾年已經(jīng)超越了碳納米管成為國際新熱點。
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