CN105862067B - 基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法 - Google Patents

基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法，属于光学视窗防生物污损领域。该水下光学窗口的防生物污损装置包括电解产氯光学窗口，其以透明基板为基底，基底表面设有ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线与电源的正负极相连。本发明对ITO电极的形状、结构等进行设计和优化，利用电解海水进行原位动态析氯的方法，实现了光学窗口表面的防污损；阴、阳两极发生的电极反应及产物相互作用形成次氯酸根，可杀灭附着在玻璃表面的生物，进一步起到防止生物污损的效果。

Description

基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和 方法
技术领域
本发明涉及光学视窗防生物污损领域，具体地说是一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法。
背景技术
海洋环境研究和资源开发利用日益受到各国的高度关注，在海洋研究和开发过程中，实海数据的采集正向自动控制、原位测量、无人值守的方向发展。人们建立了诸多海洋环境自动监测网络并布设不同的传感器跟踪和测量各种海水相关数据，比如溶解氧浓度、浊度、导电率、酸度、荧光强度等。这些监测系统在预定海域达到近乎连续的长时间观测，能更加详实和精确的反映海洋的实时状态，为人类探索和开发海洋提供重要的数据支撑。
用于原位监测的水下光学器件(如光学传感器和照明系统)对于海洋环境研究和资源开发必不可少。一般而言，透明材料可以作为此类光学器件窗口的首选，通过光的透过可实时采集外界海水的信息。然而，处于海水中的光学器件将在短时间内被生物膜所覆盖，之后宏观生物群落形成，造成严重生物污损。生物污损会对水下器件的光学窗口造成诸多不利影响，是限制此类海洋装备测试精度和正常使用的重要因素，这对于高质量、高精确度科学数据的获取是极为不利的。一旦光学窗口遭受生物污损，其性能将受到不同程度的影响，需要耗资高、难度大的实海维护，故提高水下光学器件窗口材料的防污损对海洋的探索、开发和利用具有重要意义。
目前，水下仪器光学窗口的防生物污损系统主要有以下三种类型：(1)刮刀式机械防除污损系统；(2)基于铜腐蚀的“铜罩”防污损系统；(3)受控式电解海水产氯系统。刮刀式机械防除污损系统需要利用内置电动马达给外界刮刀提供动力。仪器在布放于海水之前，需设定好刮刀对光学窗口外沿的刮擦频率，从而在布放过程中按预定程序进行刮擦。即使光学窗口附近有污损生物的聚集，在刮刀作用下也将清除，使光学窗口免于污损。但是，此类技术存在如下缺点：首先，由于马达等配套装置，其成本较高，电能消耗较大。再者，如果仪器所处海域污损程度高，而预设刮擦频率低，则相关的光学窗口依然会被污损。铜罩法也是海洋光学窗口常用的防污损方式。由于铜在海水中易于腐蚀，产生的铜离子向海水中扩散，将对靠近光学窗口的海生物起到杀灭和驱赶的作用，从而抑制生物污损的发生。然而，此类方法也存在诸多缺点。首先，防污损的效果依赖于铜罩系统的外形设计，如若存在设计缺陷，则相应的铜罩难以起到有效的防污效果；再者，由于铜离子扩散浓度与铜罩距离相关，其防污效果只能在短距离内有效；第三，对于光学仪器而言，铜罩可能阻挡光路，从而影响传感器的正常工作。
受控式电解海水产氯系统原理最早由法国国家科研中心研究者提出。从1998年开始，相关研究人员即利用ITO玻璃电解海水制氯进行防污损研究。当把普通玻璃和产氯ITO导电玻璃一起置于海水中挂样90天时间，普通玻璃表面逐渐有污损生物附着，最后影响其透明的效果。然而，对于电解产氯ITO玻璃而言，即使经历了90天的浸泡时间，玻璃表面依然光洁如初，这说明表面儿乎没有污损生物的附着，从而证明在外界控制下电解产氯可以有效保护玻璃基体免于发生生物污损。
本课题组在前期工作中也据此原理开展了相关研究，发现单纯ITO材料不能作为高效催化剂从海水中电解制氯。主要体现在以下方面：首先，ITO玻璃在海水中耐久性差，其导电性和电解效率很快退化。这是因为电解海水发生如下反应：2Cl--2e＝Cl2，而氯气与水发生反应：Cl2+H2O＝HCl+HClO，即阳极表面为酸性环境，而ITO溶于酸性环境中，故该电极在阳极电解海水过程中效率会很快降低；再者ITO电解产氯的过电位高，所需能耗高，这对海洋水下设备的长效运转目标不利。为改善产氯效率，申请者前期研究中采用ITO表面负载Pt的方式并收到了显著成效，主要体现为：(1)电解稳定性提高。惰性金属Pt在表面形成保护层，有效阻隔Pt所覆盖的ITO与外界酸性环境的接触，从而保证ITO不被溶解，从而保持高的导电性；(2)产氯过电位显著降低。析出氯气电位由ITO的1.5V变为1.1V，降低了0.4V。然而此类材料依然存在不足，表现为：(1)构成的Pt/ITO以膜层的形式覆盖了整个玻璃表面，而Pt本身为纳米颗粒，对特定光波存在相互作用，故限制了在水下光学镜头中的使用。若采取减小Pt/ITO在表面覆盖面积的方式，则相关电极在单位时间内产氯量不够，达不到杀灭生物所需的最低浓度来避免污损。由于光学镜头处于开放的海水环境，故需要高的产氯效率，需要增大电极比表面积和增多析氯活性位点的方式得以实现。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1、本发明提供一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，包括电解产氯光学窗口和电源，电解产氯光学窗口通过电源控制开关与电源电性连接；
所述电解产氯光学窗口以透明基板为基底，基底的表面设有ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线与外部电源的正、负极相连。
优选，所述ITO阳极和/或ITO阴极两端分别向内侧弯折成环状或半环状布置在基底的表面。
优选，所述ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列。
优选，所述ITO导电层表面沉积有析氯惰性金属层，析氯惰性金属层中所涉及的金属通常为Pt。
所述ITO导电层表面沉积有惰性金属层，惰性金属层表面沉积有多孔导电层，多孔导电层表面沉积有析氯催化层；其中惰性金属层中所涉及的惰性金属为Pt、Ru、Ir中的至少一种，多孔导电层为石墨烯层、碳纳米管层、Nafion复合层中的至少一种，析氯催化层为Pt、TiO2、RuO2中的至少一种。
优选，所述电源控制开关为可编程控制开关。
2、本发明还提供一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，包括如下步骤：
1)电解产氯光学窗口的制备
以透明基板作为电解产氯光学窗口的基底，在其表面构筑ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线；
2)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的组装
将ITO阳极和ITO阴极各自引出的引线连接至电源的正、负极，将电源和电解产氯光学窗口组合为一体；
3)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的防污评价
将组装好的防生物污损装置浸泡于海水或含有目标生物的培养液中，在通电条件下，进行周期性电解产氯，获取水下光学窗口的表面污损状态。
优选，步骤1)中ITO导电层的构筑方法为：利用掩膜法结合ITO溅射在基底表面形成ITO阳极环和ITO阴极环。
优选，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成析氯惰性金属层，析氯惰性金属层中所涉及的金属通常为Pt。
优选，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成惰性金属层，在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层；其中惰性金属层中所涉及的惰性金属为Pt、Ru、Ir中的至少一种，多孔导电层为石墨烯层、碳纳米管层、Nafion复合层中的至少一种，析氯催化层为Pt、TiO2、RuO2中的至少一种。
优选，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成惰性金属层，在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层所采用的沉积方法为电化学沉积法、电泳沉积法或化学气相沉积法。
优选，步骤1)中所述ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列。
本发明的一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法与现有技术相比所产生的有益效果是：
1、ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，阳极所产生的氯气扩散到阴极区，使pH降低，避免ITO电极溶于酸性环境中，效率会很快降低。另外，氯气可与阴极区富集的OH-反应生成NaClO，此杀菌剂更有利于生物的驱散，并避免因为阴极极化可能造成的海洋环境中某些电活性微生物在电极表面的附着；
2、ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列，进一步增多了ITO电极的析氯活性位点，提高了产氯效率；
3、本发明的电解产氯光学窗口，在ITO导电层表面沉积惰性金属形成保护层，有效阻隔ITO导电层与外界酸性环境的直接接触，从而保证ITO导电层不被溶解，从而保持高的导电性；
4、在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，并在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层，多孔导电层作为析氯催化剂的载体，利用其大的比表面积，使所负载的析氯催化剂增多，增多了析氯活性位点，使得产氯过电位显著降低，析出氯气电位由ITO电极的1.5V变为1.1V，降低了0.4V，同时，也保证了装置在单位时间内的产氯量，提高了产氯效率。
本发明电解产氯光学窗口表面所布设的ITO电极以环道状电极对称分布，而非光学窗口表面的全覆盖方式，避免了纳米颗粒对特定光波存在相互作用，满足在水下光学镜头中使用的需求；通过沉积方法在光学窗口表面构建惰性金属层、多孔导电层及析氯催化层，原位电解产氯气，增加了ITO电极的比表面积，增多了析氯活性位点，保证了装置在单位时间内的产氯量，提高了产氯效率，实现了光学窗口表面的防污损；同时，阴、阳两极发生的电极反应及产物相互作用形成次氯酸根，扩散到电极临近区域，可杀灭附着在玻璃表面的生物，进一步起到防止生物污损的效果。本发明的方法为长期服役于水下的光学仪器设备获取高质量、高灵敏度的数据奠定基础。应用本发明的防生物污损装置，产氯量稳定、高效、可靠，可长期发挥较高的防止生物附着的效果。
附图说明
附图1是本发明电解产氯光学窗口的主视结构示意图；
附图2是本发明图1中A部分的放大结构示意图；
附图3是本发明图2中A部分的放大纵剖结构示意图；
附图4是本发明基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的结构示意图；
附图5是本发明发生的电极反应及产物相互作用示意图；
附图6本发明基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的制备流程示意图；
附图7是本发明在通电条件下，连续使用两周后光学窗口的污损状态图；
附图8是本发明在未通电条件下，连续使用两周后光学窗口的污损状态图。
图中，1、电解产氯光学窗口，2、ITO阴极环，3、引线，4、ITO阳极环，5、梳齿，6、Pt层(b)，7、石墨烯层，8、Pt层(a)，9、ITO导电层，10、基底，11、可编程控制开关，12、电源。注：图7、8中标尺均为500微米。
具体实施方式
下面结合附图1-8，对本发明的一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置和方法作以下详细说明。
1、基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置
本发明的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，包括电解产氯光学窗口1，其以透明基板为基底，基底的表面设有ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线与外部电源的正、负极相连。
本发明中所涉及的透明基板为光学玻璃，如可选用有机玻璃或无机玻璃。
本发明中，优选ITO阳极和ITO阴极两端分别向内侧弯折成环状或半环状布置在基底的表面，该环状可以为圆环、方环或椭圆环，进一步优选ITO阳极环和ITO阴极环为同轴设置。
本发明中，优选ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列。
本发明中，还可进一步在ITO导电层表面沉积析氯惰性金属层，形成惰性金属层修饰的ITO导电层，析氯惰性金属层中所涉及的金属通常为Pt，Pt层一方面用于形成保护层，避免ITO导电层不被溶解，另一方面，还可作为电化学催化剂，提高产氯效率。
本发明中，还可进一步在ITO导电层表面沉积惰性金属层，惰性金属层表面沉积多孔导电层，多孔导电层表面沉积析氯催化层。其中，惰性金属层用于形成保护层，有效阻隔ITO导电层与外界酸性环境的直接接触，多孔导电层作为析氯催化剂的载体，利用其大的比表面积，增多所负载的析氯活性位点。
本发明中，惰性金属层中所涉及的惰性金属为Pt、Ru、Ir中的至少一种，优选惰性金属为Pt；多孔导电层为石墨烯层、碳纳米管层、Nafion复合层中的至少一种，优选为石墨烯层；析氯催化层为Pt、TiO2、RuO2中的至少一种，优选为Pt。
2、基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法
本发明的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，包括如下步骤：
1)电解产氯光学窗口的制备
以透明基板作为电解产氯光学窗口的基底，在其表面构筑ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线；
2)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的组装
将ITO阳极和ITO阴极各自引出的引线连接至电源的正、负极，将电源和电解产氯光学窗口组合为一体；
3)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的防污评价
将组装好的防生物污损装置浸泡于海水或含有目标生物的培养液中，在通电条件下，进行周期性电解产氯，获取水下光学窗口的表面污损状态。
本发明步骤1)中ITO导电层的构筑方法为：利用掩膜法结合ITO溅射在基底表面形成ITO阳极环和ITO阴极环。
本发明步骤1)中，还可进一步在ITO导电层表面沉积析氯惰性金属层，形成惰性金属层修饰的ITO导电层。
本发明步骤1)中，还可进一步在ITO导电层表面沉积惰性金属层，惰性金属层表面沉积多孔导电层，多孔导电层表面沉积析氯催化层，形成析氯催化层/多孔导电层/惰性金属层的三明治结构。
本发明中，在ITO导电层表面沉积形成惰性金属层，在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层所采用的沉积方法为电化学沉积法、电泳沉积法或化学气相沉积法。
本发明中，优选ITO阳极和ITO阴极两端分别向内侧弯折成环状或半环状布置在基底的表面，该环状可以为圆环、方环或椭圆环，进一步优选ITO阳极环和ITO阴极环为同轴设置。
本发明步骤1)中，优选ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列。
实施例一
如附图1、2、3、4所示，本发明的一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，包括电解产氯光学窗口1，其以无机玻璃为基底10，基底10的表面依次设有ITO导电层9、在ITO导电层9表面沉积形成的Pt层(a)8、在Pt层的表面沉积形成的石墨烯层7、在石墨烯层7表面沉积形成的Pt层(b)6。
ITO导电层9包括两对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和ITO阴极两端向内侧弯折成圆环状布置在基底10的表面，形成ITO阳极环4和ITO阴极环2，ITO阳极环4和ITO阴极环2为同轴设置，且二者之间预留电极间隙，ITO阳极环4和ITO阴极环2的周向边缘具有梳齿3，ITO阳极环4与ITO阴极环2的梳齿3相对交错排列。ITO阳极环4和ITO阴极环2各自引出引线3与外部电源12的正、负极相连。
上述基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，还包括电源12，电解产氯光学窗口1通过可编程控制开关11与电源12电连接。
需要说明的是，本实施例中，ITO阳极环4和ITO阴极环2各为两个，ITO阳极环4为外环，ITO阴极环2为内环，反之亦可，内环为封闭环，在闭合环处引出一条引线3，外环为开放环，引线3自开放环两端引出。
本实施例中，电解产氯光学窗口1表面所布设的ITO电极以环道状电极对称分布，而非光学窗口表面的全覆盖方式。环道电极电解产生的氯气以及后续反应生成的次氯酸根将扩散至电极的临近区域，形成污损屏蔽区域，这既能实现防污效果，又可避免光学窗口的光路受到防污材料的负面影响。具体的：
将该防生物污损装置集成于水下光学装置中，其所需电能由电池提供，利用预先编好程序的可编程控制开关11控制电路的断开与闭合进行间歇式电解海水，从而实现系统的低能耗。Pt层(a)8在ITO导电层9表面形成保护层，有效阻隔ITO导电层9与外界酸性环境的接触，从而保证ITO电极不被溶解，从而保持高的导电性；Pt层(b)6作为电化学催化剂，石墨烯层7作为催化剂的载体，在低过电位下二者协同作用可阳极电解海水产生氯气，阴极生成氢氧根离子，二者混合形成次氯酸根(如附图5所示)，其产氯过电位显著降低，析出氯气电位由ITO电极的1.5V变为1.1V，降低了0.4V。随着强氧化性的次氯酸根扩散到电极临近区域，可杀灭附着在玻璃表面的生物，从而起到防止生物污损的效果。该方法对水下光学仪器提高数据采集质量、延长使用时间、降低维护费用等具有重要的意义。
需要说明的是，本发明中可编程控制开关11中所涉及的程序为本领域公知技术，在此不再赘述。
实施例三
如附图6所示，本发明的一种基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，包括如下步骤：
1)基于电化学原位析氯的电解产氯光学窗口1的制备
a、以有机玻璃作为电解产氯光学窗口1的基底10，利用掩膜法结合ITO溅射在基底10表面构筑ITO导电层9，ITO导电层9包括两对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和ITO阴极两端向内侧弯折成圆环状布置在基底10的表面，形成ITO阳极环4和ITO阴极环2，ITO阳极环4和ITO阴极环2为同轴设置，且二者之间预留电极间隙，ITO阳极环4和ITO阴极环2的周向边缘具有梳齿3，ITO阳极环4与ITO阴极环2的梳齿3相对交错排列，ITO阳极环4和ITO阴极环2各自引出引线3。
b、采用电化学方法在ITO导电层9表面沉积Pt层(a)8，以提高ITO导电层9的导电性并形成惰性膜层保护ITO导电层9，具体的：在溶有Pt前驱物的水溶液中进行电化学沉积，通过改变电位、时间等参数，在ITO导电层9表面生成光滑平整的沉积物；在沉积过程中，利用电化学噪声对电化学沉积过程进行原位跟踪；本发明中Pt层(a)8电化学沉积条件为本领域公知技术。本实施例中，采用循环伏安法，以H2PtCl6为Pt前驱物，在-0.1V至-1.0V电位区间内，10～100mV/s扫速下，循环沉积1-100次。
c、利用电泳方法在Pt层(a)8表面沉积石墨烯层7，本发明中石墨烯层7电泳沉积条件为本领域技术人员公知。本实施例中，以氧化石墨烯为电泳沉积液，电压值在-1.0V至-1.5V区间内。
d、之后再采用电化学方法在石墨烯层7表面沉积Pt层(b)6，本发明中Pt层(b)6电化学沉积条件为本领域公知技术。本实施例中，采用循环伏安法，以H2PtCl6为Pt前驱物，在-0.1V至-1.0V电位区间内，循环沉积1-100次。
该结构兼具高导电性、高催化性以及高稳定性，适合于海水中电解产氯以及产氢，并生成次氯酸钠用于光学窗口的防污损。
2)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的组装
将ITO阳极环4和ITO阴极环2各自引出的引线3经可编程控制开关11连接至电源12的正、负极，将电源12、可编程控制开关11和电解产氯光学窗口1组合为一体。
3)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的防污评价
将组装好的防生物污损装置浸泡于海水或含有目标生物(如硅藻、藤壶)的培养液中，在通电条件下，进行周期性电解产氯，并利用显微镜获取电解产氯光学窗口1的表面污损状态。
如附图5所示，本发明的装置电解产氯的原理为：
阴极：2Cl--2e→Cl2↑，伴随氯气与水发生反应：Cl2+H2O＝HCl+HClO
阳极：2H2O+2e→2OH-+H2↑
由于ITO阳极环4和ITO阴极环2为同轴设置，且二者之间预留电极间隙，阳极所产生的氯气扩散到阴极区，使pH降低，避免ITO电极溶于酸性环境中，效率会很快降低。另外，氯气可与阴极区富集的OH-反应生成NaClO，此杀菌剂更有利于生物的驱散，并避免因为阴极极化可能造成的海洋环境中某些电活性微生物在电极表面的附着。
防污评价实验例
如为了防止硅藻在电解产氯光学窗口1结构上的附着，以含有硅藻的海水作为电解液，在通电条件下，连续投入使用2周后，将装置从海水中取出，利用显微镜观察电解产氯光学窗口1的表面污损状态，对比于未通电的光学窗口表面，污损状态如图7、8所示。
由图7、8可知，通过电解海水生成有效氯可以有效的实现电解产氯光学窗口1表面污损生物的附着，有效氯可以杀死附着在窗口的生物，达到防止生物污损镜头的目的，而没有电解产氯的光学窗口表面遭受了严重的生物污损。说明该方法能够作为实用手段用于光学玻璃的防海洋生物污损。
需要说明的是，在研究中发现阴极在析出氢气的同时，呈现出较强的碱性(pH＞11)，如此高的碱性对适应于弱碱性海水环境的生物体而言无法接受，这对防污损有利。然而，溶液pH升高将导致表面生成Mg(OH)2、CaCO3等沉积物。对此问题，我们在设计的装置时采用半环道产氯气-半环道产氯气的方式，即将ITO阳极和或ITO阴极两端分别向内侧弯折成半环状布置在基底10的表面。这样就降低了电极表面积和析氯活性位点，同时阳极所产生的氯气扩散到阴极区，使pH降低，避免沉积物产生。另外，氯气可与阴极区富集的OH-反应生成NaClO，此杀菌剂更有利于生物的驱散，并避免因为阴极极化可能造成的海洋环境中某些电活性微生物在电极表面的附着。

Claims (10)

1.基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，其特征在于，包括电解产氯光学窗口和电源，电解产氯光学窗口通过电源控制开关与电源电性连接；
所述电解产氯光学窗口以透明基板为基底，基底的表面设有ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线与外部电源的正、负极相连。
2.根据权利要求1所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，其特征在于，所述ITO阳极和/或ITO阴极两端分别向内侧弯折成环状或半环状布置在基底的表面。
3.根据权利要求1或2所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，其特征在于，所述ITO阳极和ITO阴极的周向边缘具有梳齿，ITO阳极与ITO阴极的梳齿相对交错排列。
4.根据权利要求1或2所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，其特征在于，所述ITO导电层表面沉积有析氯惰性金属层。
5.根据权利要求1或2所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置，其特征在于，所述ITO导电层表面沉积有惰性金属层，惰性金属层表面沉积有多孔导电层，多孔导电层表面沉积有析氯催化层。
6.基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)电解产氯光学窗口的制备
以透明基板作为电解产氯光学窗口的基底，在其表面构筑ITO导电层，ITO导电层包括至少一对ITO电极，每对所述ITO电极包括ITO阳极和ITO阴极，ITO阳极和/或ITO阴极两端向内侧弯折布置在基底的表面，ITO阳极和ITO阴极之间预留电极间隙，ITO阳极和ITO阴极各自引出引线；
2)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的组装
将ITO阳极和ITO阴极各自引出的引线连接至电源的正、负极，将电源和电解产氯光学窗口组合为一体；
3)基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损装置的防污评价
将组装好的防生物污损装置浸泡于海水或含有目标生物的培养液中，在通电条件下，进行周期性电解产氯，获取水下光学窗口的表面污损状态。
7.根据权利要求6所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，其特征在于，步骤1)中ITO导电层的构筑方法为：利用掩膜法结合ITO溅射在基底表面形成ITO阳极环和ITO阴极环。
8.根据权利要求6或7所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，其特征在于，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成析氯惰性金属层。
9.根据权利要求6或7所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，其特征在于，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成惰性金属层，在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层。
10.根据权利要求9所述的基于电化学原位析氯的水下光学窗口的防生物污损方法，其特征在于，步骤1)中在ITO导电层表面沉积形成惰性金属层，在惰性金属层表面沉积形成多孔导电层，在多孔导电层表面沉积形成析氯催化层所采用的沉积方法为电化学沉积法、电泳沉积法或化学气相沉积法。
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