高温高压Zr/ZrO_2电极的ZrO_2纳米膜

现代科学发展急需解决在极端条件下的原位快速检测的技术问题。发明研制多种高温高压化学传感器(国家发明专利),同时发明新的化学传感器原理方法和使用技术,目的能够原位测量和认识高温高压下流体的性质。研究天然界或实验室(和工业部门)的极端条件水热化学反应,研究大洋中脊热水矿石和探测天然气水合物,需要有极端条件下(或深海异常下)检测多化学参数方法和技术。同时,这些方法和技术也可以用于监测高温高压流体和反应动力学过程,用于高温高压化工、环境工程、地热利用。

大洋中脊热水探测与新型传感器

对大洋中脊的探测带来了大量科学发现。在大洋中脊热水喷口的极端条件下,在大的温度梯度范围内,一方面在喷口(黑烟囱)周围形成巨量金属硫化物快速堆积;另一方面在喷口周围由内向外形成一个生物晕。为了研究洋中脊极端条件下的水热过程,模拟洋中脊水—岩相互作用条件下生命过程,需要在高温高压环境中原位获取数据,必须利用先进、灵敏的化学传感器。由于新材料技术的发展,美国和西方国家深海探测时广泛使用YSZ电化学传感器(氧化钇稳定的氧化锆陶瓷,YSZ:Yttria Stabilized Zirconia),这种传感器的优点是在温度大于200℃的高温时性能良好,在低于200℃条件下灵敏度降低,而且在国际市场上没有这些高温高压化学传感器出售。“十五”期间,科技部863计划,首次将发展深海高温高压传感器的海底多参数检测技术之一列入我国计划。根据863计划,中国科学家通过努力研制成功一系列具有中国自主知识产权的高温高压化学传感器,在自主研制了YSZ传感器的同时,发明了国际上首次可以在大温度范围、在海上实用的Zr/ZrO2高温化学传感器,可部分替代YSZ传感器。这两类集成式化学传感器可以探测大洋中脊400℃/40MPa热水的pH、H2、H2S、Eh等,并在2004年的南海的海试中取得成功。