高性能碳纤维水下电场电极制备及其性能测量

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1、高性能碳纤维水下电场电极制备及其性能测量申振宋玉苏王月明海军工程大学理学院对T300碳纤维在445°C、465°C、485°C下进行表面热处理，以获得新型水下电场电极。利用X射线光电子能谱(XPS)分析、电化学工作站、自制电极响应装置和电极自噪声测量装置对其在NaCl溶液中的表面化学状态、电化学特性和探测性能进行了测量，讨论热处理温度对其表面基团含量、循环伏安特性、交换电流密度、响应性能和电极稳定时间的影响，分析了其电场探测机理。结果表明：热处理温度的提高可提高碳纤维表面基团C=0和COOR含量，减小电极在NaC1溶液中的电容效应，增加电极的交换电流密度，提高电极

2、的线性性能和稳定速度。关键词：兵器科学与技术;水卜‘电场电极;碳纤维;热处理;a噪声;电化学;x射线光电子能谱；申振(1989—)，男，研究生。E-mail:dadahuaishuxia@163.com宋玉苏(1964—)，女，教授，生导师。E-mail:138711646520139.com2017-03-22基金：国家科学自然基金项FI(41476153)PreparationandPerformanceMeasurementofHighPerformanceUnderwaterCarbonFiberElectricFieldElectrodeSHENZhen

3、SONGYu_suWANGYue—mingCollegeofScience,NavalUniversityofEngineering;Abstract：AnovelunderwaterelectricfieldelectrodeispreparedwithT300carbonfiberheat-treatedat445°C,465°Cand485°C.Thesurfacechemicalstate,electrochemicalperformanceanddetectionperformanceofelectricfieldelectrodeinNaClsolut

4、ionaremeasuredusingX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)，electrochemicalworkstationandself-madenoisemeasurementsystem.Theimpactofheattreatmentonsurfacegroupcontent,cyclicvoltammetry(CV)characteristics，exchangecurrentdensity,responseperformanceandelectrodesettlingtimeisdiscussed.Thedetec

5、tionmechanismofunderwatercarbonfiberdetectionelectrodeisanalyzed.ThegroupC=0andCOORcontentofcarbonfiberelectrodeincreaseastheheattreatmenttemperatureincreases;theheattreatmentreducesthecapacitanceeffectofelectrode,increasesitsexchangecurrentdensity,andimproveitslinearperformanceandset

6、tlingspeedKeyword：ordnancescienceandtechnology;underwaterelectricfieldelectrode;carbonfiber;heattreatment;self-noise;electrochemistry;X-rayphotoelectronspectroscopy;Received：2017-03—220引言舰船电场是除了声场、水压场、磁场以外最重要的水下目标特性之一，已成为水中兵器的重要追踪目标之一。由于舰船的金属构造、防腐蚀系统、推进系统、供电系统等因素，舰船会产生明显的水下电场信号，利用这些电场

7、信号可对舰船进行检测、定位或者作为水中兵器的引信物理场。其中高性能水下电场传感器对于水下电场检测至关重要〔1-2〕。目前水下电场电极种类较多，主要有锌、Ag/AgCl、碳纤维电极和炭气凝胶基电极〔3-6K其中Ag/AgCl由于其良好的电位稳定性、低频电场响应和较低的自噪声获得丫广泛的应用。但Ag/AgC1电极不易保存运输、使用寿命短，容易受到海水温度、油渍等因素的影响，且Ag/AgC1电极在达到化学稳定前需耍经历数天的时间m。在一些需要快速部署的情况下需要水下电场电极能够快速稳定，碳纤维和碳气凝胶由于在海水中没有漫长的化学稳定过程，具备成为快速稳定水下电场电极材料

8、的可行性i