DE102019133789A1 - Planar pH measuring electrode and method for producing the same - Google Patents

Planar pH measuring electrode and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
DE102019133789A1
DE102019133789A1 DE102019133789.5A DE102019133789A DE102019133789A1 DE 102019133789 A1 DE102019133789 A1 DE 102019133789A1 DE 102019133789 A DE102019133789 A DE 102019133789A DE 102019133789 A1 DE102019133789 A1 DE 102019133789A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
glass
substrate
substrate surface
electrode
conductive medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019133789.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Wilhelm
Matthäus Speck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority to DE102019133789.5A priority Critical patent/DE102019133789A1/en
Publication of DE102019133789A1 publication Critical patent/DE102019133789A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36Glass electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/18Compositions for glass with special properties for ion-sensitive glass

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend:- ein Substrat (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), wobei sich im Substrat (10) ein Kanal (13) von der ersten Substratfläche (11) zur zweiten Substratfläche (12) erstreckt,- ein Glaselement (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), wobei die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden sind, wobei der Kanal (13) mit einem leitfähigen Medium (2) gefüllt ist und eine Ableitelektrode (3) mit dem leitfähigen Medium (2') in elektrischem Kontakt ist.The invention relates to a glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: a substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposite second substrate surface (12), a channel (13) of the first substrate surface (11) extends to the second substrate surface (12), - a glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposing second glass surface (22), the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) are connected to one another by bonding, the channel (13) being filled with a conductive medium (2) and a discharge electrode (3) being in electrical contact with the conductive medium (2 ').

Description

Die Erfindung betrifft eine planare pH-Messelektrode sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.The invention relates to a planar pH measuring electrode and a method for producing the same.

In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Diese Messgrößen können beispielsweise mittels elektrochemischer Sensoren erfasst und/oder überwacht werden, wie zum Beispiel potentiometrische, amperometrische, voltammetrische oder coulometrische Sensoren, oder auch Leitfähigkeitssensoren.In analytical measurement technology, especially in the field of water management, environmental analysis, in the industrial field, e.g. in food technology, biotechnology and pharmacy, as well as for a wide variety of laboratory applications, measured variables such as pH value, conductivity, or the concentration of analytes, such as ions or dissolved gases in a gaseous or liquid measuring medium are of great importance. These measured variables can be recorded and / or monitored, for example, by means of electrochemical sensors, such as potentiometric, amperometric, voltammetric or coulometric sensors, or else conductivity sensors.

Zur Messung des pH-Werts wird häufig ein pH-Glassensor mit einem Glasmembran verwendet. Nachteilig bei einem üblichem pH-Glassensor ist jedoch die Bruchanfälligkeit des Glassensors und der für viele Einsatzzwecke ungünstige Formfaktor, d.h. die Größe des Glassensors. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Bruchanfälligkeit eines pH-Glassensors ist eine mechanische Stabilisierung seiner Glasmembran durch eine schlüssige Kontaktierung mittels eines (gemischt-) leitenden Festkörpers.A pH glass sensor with a glass membrane is often used to measure the pH value. However, the disadvantage of a conventional pH glass sensor is the susceptibility of the glass sensor to breakage and the unfavorable form factor for many purposes, i.e. the size of the glass sensor. One way of reducing the susceptibility of a pH glass sensor to breakage is to mechanically stabilize its glass membrane through a close contact using a (mixed) conductive solid.

Vorgehensweisen zur Herstellung solcher Strukturen umfassen Beschichtungen von metallischen und/oder keramischen Trägern bzw. die Metallisierung von pH-Glasmembranen. Solche Beschichtungen sind zum Beispiel „Emaillierungen“, Dickschicht- und Dünnschicht- Beschichtungsverfahren. Die Schwierigkeiten bei diesen Verfahren bestehen unter Anderem in der thermischen Belastung der Glasschichten, welche zu thermomechanischen Schäden, zum Beispiel schlechter Haftung, Rissbildung, Delamination oder Substratkorrosion führen, sowie zur Kristallisation der verwendeten Hochleistungs-pH-Gläser. Zudem kann beim Erhitzen sehr dünner Glasschichten auf hohe Temperaturen eine Tröpfchenbildung des verwendeten Glaselements eintreten.Procedures for producing such structures include coatings of metallic and / or ceramic substrates or the metallization of pH glass membranes. Such coatings are, for example, "enamelling", thick-film and thin-film coating processes. The difficulties with these processes include the thermal stress on the glass layers, which leads to thermomechanical damage, for example poor adhesion, crack formation, delamination or substrate corrosion, as well as to the crystallization of the high-performance pH glasses used. In addition, when very thin layers of glass are heated to high temperatures, droplets can form in the glass element used.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer pH-Glasmembran bereitzustellen, welche die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.It is therefore an object of the invention to provide a method for producing a pH glass membrane which does not have the disadvantages of the prior art described.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor gemäß Anspruch 1.This object is achieved according to the invention by a method for producing a glass electrode for an electrochemical ion-sensitive sensor according to claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Substratfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche, eines Glaselements mit einer ersten Glasfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche, sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit, wobei das Substrat elektrisch leitfähig ist,
  • - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche,
  • - Erhitzen des Substrats und des Glaselements auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements ist,
  • - Anlegen einer elektrischen Spannung an das Substrat und das Glaselement, so dass die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche durch Bonden miteinander verbunden werden,
  • - Kontaktieren des Substrats mit einer Ableitelektrode.
The method according to the invention comprises the following steps:
  • - Provision of a substrate with a first substrate surface and an opposing second substrate surface, a glass element with a first glass surface and an opposing second glass surface, and an electrical contacting unit, the substrate being electrically conductive,
  • - Laying the first substrate surface and the second glass surface on top of one another,
  • Heating the substrate and the glass element to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element,
  • - applying an electrical voltage to the substrate and the glass element, so that the first substrate surface and the second glass surface are connected to one another by bonding,
  • - Contacting the substrate with a lead electrode.

Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ermöglicht, eine Glaselektrode herzustellen, welche eine äußerst hohe Stabilität aufweist, geringe Produktionskosten generiert, eine sehr kleine Baugröße ermöglicht und maschinell präzise hergestellt werden kann.The method according to the invention makes it possible to produce a glass electrode which has extremely high stability, generates low production costs, enables a very small overall size and can be precisely produced by machine.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor gemäß Anspruch 2.The above-mentioned object is also achieved according to the invention by a method for producing a glass electrode for an electrochemical ion-sensitive sensor according to claim 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Substratfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche, eines Glaselements mit einer ersten Glasfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche, sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit, wobei sich im Substrat mindestens ein an einer festgelegten Position befindlicher Kanal von der ersten Substratfläche zur zweiten Substratfläche erstreckt,
  • - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche,
  • - Erhitzen des Substrats und des Glaselements auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements ist,
  • - Anlegen einer elektrischen Spannung an die zweite Substratfläche und die erste Glasfläche, so dass die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche durch Bonden miteinander verbunden werden,
  • - Füllen des Kanals mit einem elektrisch leitfähigen Medium,
  • - Kontaktieren des elektrisch leitfähigen Mediums mit einer Ableitelektrode.
The method according to the invention comprises the following steps:
  • - Provision of a substrate with a first substrate surface and an opposing second substrate surface, a glass element with a first glass surface and an opposing second glass surface, and an electrical contacting unit, with at least one channel located at a fixed position in the substrate from the first substrate surface to the second substrate surface extends,
  • - Laying the first substrate surface and the second glass surface on top of one another,
  • Heating the substrate and the glass element to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element,
  • - Applying an electrical voltage to the second substrate surface and the first glass surface, so that the first substrate surface and the second glass surface are connected to one another by bonding,
  • - Filling the channel with an electrically conductive medium,
  • - Contacting the electrically conductive medium with a discharge electrode.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenso gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor gemäß Anspruch 3.The above-mentioned object is also achieved according to the invention by a method for producing a glass electrode for an electrochemical ion-sensitive sensor according to claim 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Substratfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche, eines Glaselements mit einer ersten Glasfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche, sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit,
  • - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche,
  • - Erhitzen des Substrats und des Glaselements auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements ist,
  • - Anlegen einer elektrischen Spannung an die zweite Substratfläche und die erste Glasfläche, so dass die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche durch Bonden miteinander verbunden werden,
  • - Ausbilden eines Kanals in dem Substrat, so dass sich der Kanal von der ersten Substratfläche bis zur zweiten Substratfläche erstreckt,
  • - Füllen des Kanals mit einem elektrisch leitfähigen Medium,
  • - Kontaktieren des elektrisch leitfähigen Mediums mit einer Ableitelektrode.
The method according to the invention comprises the following steps:
  • - Provision of a substrate with a first substrate surface and an opposing second substrate surface, a glass element with a first glass surface and an opposing second glass surface, and an electrical contacting unit,
  • - Laying the first substrate surface and the second glass surface on top of one another,
  • Heating the substrate and the glass element to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element,
  • - applying an electrical voltage to the second substrate surface and the first glass surface, so that the first substrate surface and the second glass surface are connected to one another by bonding,
  • - Forming a channel in the substrate, so that the channel extends from the first substrate surface to the second substrate surface,
  • - Filling the channel with an electrically conductive medium,
  • - Contacting the electrically conductive medium with a discharge electrode.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche eine mittlere Rauheit geringer als 50 nm auf. Vorzugsweise weist die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche eine mittlere Rauheit geringer als 10 nm auf.According to one embodiment of the invention, the first substrate surface and the second glass surface have an average roughness of less than 50 nm. The first substrate surface and the second glass surface preferably have an average roughness of less than 10 nm.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die mittlere Rauheit durch einen Schritt des Polierens der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche erreicht.According to one embodiment of the invention, the mean roughness is achieved by a step of polishing the first substrate surface and the second glass surface.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche parallele Flächen. Vorzugsweise sind die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche parallele planare Flächen.According to one embodiment of the invention, the first substrate surface and the second glass surface are parallel surfaces. The first substrate surface and the second glass surface are preferably parallel planar surfaces.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die angelegte elektrische Spannung geringer als 5 kV. Vorzugsweise ist die angelegte elektrische Spannung zwischen 100 V und 1000 V. Besonders bevorzugt ist die angelegte elektrische Spannung zwischen 200 V und 500V.According to one embodiment of the invention, the applied electrical voltage is less than 5 kV. The applied electrical voltage is preferably between 100 V and 1000 V. The applied electrical voltage is particularly preferably between 200 V and 500V.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird an der ersten Glasfläche eine negative Spannung angelegt und an der zweiten Substratfläche eine positive Spannung angelegt.According to one embodiment of the invention, a negative voltage is applied to the first glass surface and a positive voltage is applied to the second substrate surface.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die vorbestimmte Temperatur geringer als die Transformationstemperatur des Glaselements. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Temperatur zwischen 200°C und 500°C.According to one embodiment of the invention, the predetermined temperature is lower than the transformation temperature of the glass element. Preferably the predetermined temperature is between 200 ° C and 500 ° C.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Glaselement Lithium oder Natrium.According to one embodiment of the invention, the glass element contains lithium or sodium.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Glaselement eine Dicke geringer als 1000 µm auf. Vorzugsweise weist das Glaselement eine Dicke eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm auf. Besonders bevorzugt weist das Glaselement eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm auf.According to one embodiment of the invention, the glass element has a thickness of less than 1000 μm. The glass element preferably has a thickness between 1 μm and 500 μm. The glass element particularly preferably has a thickness between 10 μm and 100 μm.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein leitfähiges Polymer, ein kohlenstoffbasiertes Material oder ein anderes leitfähiges anorganisches Material.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a conductive polymer, a carbon-based material or another conductive inorganic material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein Metall. Vorzugsweise umfasst das leitfähige Medium ein Münzmetall. Besonders bevorzugt umfasst das leitfähige Medium Kupfer.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a metal. Preferably the conductive medium comprises coin metal. The conductive medium particularly preferably comprises copper.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein Fluid. Vorzugsweise umfasst das Fluid eine Salzschmelze, eine ionische Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit einem Redoxzusatz.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a fluid. The fluid preferably comprises a molten salt, an ionic liquid or a liquid with a redox addition.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat leitfähig. Das Substrat umfasst vorzugsweise ein Metall, ein kohlenstoffbasiertes Material, einen Halbleiter oder ein leitfähiges Kompositmaterial.According to one embodiment of the invention, the substrate is conductive. The substrate preferably comprises a metal, a carbon-based material, a semiconductor or a conductive composite material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor dem Schritt des Aufeinanderlegens der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche ein Schritt des Reinigens der ersten Substratfläche und der zweiten Glasfläche.According to one embodiment of the invention, a step of cleaning the first substrate surface and the second glass surface takes place before the step of placing the first substrate surface and the second glass surface on top of one another.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Glaselektrode für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor gemäß Anspruch 10.The object according to the invention is also achieved by a glass electrode for an electrochemical ion-sensitive sensor according to claim 10.

Die erfindungsgemäße Glaselektrode umfasst ein Substrat mit einer ersten Substratfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche und ein Glaselement mit einer ersten Glasfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche. Die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche sind durch Bonden miteinander verbunden. Eine Ableitelektrode ist mit dem Substrat in elektrischem Kontakt.The glass electrode according to the invention comprises a substrate with a first substrate surface and an opposing second substrate surface and a glass element with a first glass surface and an opposing second glass surface. The first substrate surface and the second glass surface are connected to one another by bonding. A lead electrode is in electrical contact with the substrate.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenso gelöst durch eine Glaselektrode für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor gemäß Anspruch 11.The object according to the invention is also achieved by a glass electrode for an electrochemical ion-sensitive sensor according to claim 11.

Die erfindungsgemäße Glaselektrode umfasst ein Substrat mit einer ersten Substratfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche, wobei sich im Substrat ein Kanal von der ersten Substratfläche zur zweiten Substratfläche erstreckt, und ein Glaselement mit einer ersten Glasfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche. Die erste Substratfläche und die zweite Glasfläche sind durch Bonden miteinander verbunden. Der Kanal ist mit einem leitfähigen Medium gefüllt und eine Ableitelektrode ist mit dem leitfähigen Medium in elektrischem Kontakt.The glass electrode according to the invention comprises a substrate with a first substrate surface and an opposing second substrate surface, a channel in the substrate extending from the first substrate surface to the second substrate surface, and a glass element with a first glass surface and an opposing second glass surface. The first substrate surface and the second glass surface are connected to one another by bonding. The channel is filled with a conductive medium and a discharge electrode is in electrical contact with the conductive medium.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Glaselement Lithium oder Natrium.According to one embodiment of the invention, the glass element comprises lithium or sodium.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Glaselement eine Dicke geringer als 1000 µm auf. Vorzugsweise weist das Glaselement eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm auf. Besonders bevorzugt weist das Glaselement eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm auf.According to one embodiment of the invention, the glass element has a thickness of less than 1000 μm. The glass element preferably has a thickness between 1 μm and 500 μm. The glass element particularly preferably has a thickness between 10 μm and 100 μm.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein Metall. Vorzugsweise umfasst das leitfähige Medium ein Münzmetall. Besonders bevorzugt umfasst das leitfähige Medium Kupfer oder Silber.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a metal. Preferably the conductive medium comprises coin metal. The conductive medium particularly preferably comprises copper or silver.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein leitfähiges Polymer, ein kohlenstoffbasiertes Material oder ein anderes leitfähiges anorganisches Material.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a conductive polymer, a carbon-based material or another conductive inorganic material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das leitfähige Medium ein Fluid. Vorzugsweise umfasst das leitfähige Medium eine Salzschmelze, eine ionische Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit einem Redoxzusatz.According to one embodiment of the invention, the conductive medium comprises a fluid. The conductive medium preferably comprises a molten salt, an ionic liquid or a liquid with a redox addition.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat leitfähig. Das Substrat umfasst vorzugsweise ein Metall, ein kohlenstoffbasiertes Material, einen Halbleiter oder ein leitfähiges Kompositmaterial.According to one embodiment of the invention, the substrate is conductive. The substrate preferably comprises a metal, a carbon-based material, a semiconductor or a conductive composite material.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • - 1: eine schematische Ansicht eines in der Erfindung verwendeten Substrats und Glaselements,
  • - 2: eine schematische Darstellung eines Schritts des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Glaselektrode,
  • - 3: eine erfindungsgemäße Glaselektrode,
  • - 4: eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäße Glaselektrode,
  • - 5: eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäße Glaselektrode,
  • - 6: eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäße Glaselektrode.
The invention is explained in more detail on the basis of the following description of the figures. Show it:
  • - 1 : a schematic view of a substrate and glass element used in the invention,
  • - 2 : a schematic representation of a step in the manufacturing process of the glass electrode according to the invention,
  • - 3rd : a glass electrode according to the invention,
  • - 4th : an alternative embodiment of the glass electrode according to the invention,
  • - 5 : an alternative embodiment of the glass electrode according to the invention,
  • - 6th : an alternative embodiment of the glass electrode according to the invention.

1 zeigt ein Substrat 10 mit einer ersten Substratfläche 11 und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche 12 sowie ein Glaselement 20 mit einer ersten Glasfläche 21 und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche 22. Die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 sind vorzugsweise komplementär. Dies bedeutet, dass die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 derart ausgestaltet und geformt sind, dass eine maximale Oberfläche zumindest einer der beiden Flächen 11, 22 die andere Fläche 11, 22 berührt. 1 shows a substrate 10 with a first substrate area 11 and an opposing second substrate surface 12th as well as a glass element 20th with a first glass surface 21 and an opposing second glass surface 22nd . The first substrate surface 11 and the second glass surface 22nd are preferably complementary. This means that the first substrate area 11 and the second glass surface 22nd are designed and shaped such that a maximum surface area of at least one of the two surfaces 11 , 22nd the other face 11 , 22nd touched.

Die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 sind vorzugsweise parallele Flächen. Die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 sind vorzugsweise parallele planare Flächen. Planare Flächen haben den Vorteil, dass diese leicht zu Bonden sind.The first substrate surface 11 and the second glass surface 22nd are preferably parallel surfaces. The first substrate surface 11 and the second glass surface 22nd are preferably parallel planar surfaces. Planar surfaces have the advantage that they are easy to bond.

Die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 weisen vorzugsweise eine mittlere Rauheit geringer als 50 nm auf. Besonders bevorzugt weisen die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 eine mittlere Rauheit geringer als 10 nm auf. Der Vorteil einer geringen mittlere Rauheit ist, dass das Bonden der beiden Flächen 11, 22 leichter ermöglicht wird.The first substrate surface 11 and the second glass surface 22nd preferably have an average roughness of less than 50 nm. The first substrate surface is particularly preferred 11 and the second glass surface 22nd an average roughness less than 10 nm. The advantage of a low mean roughness is that the two surfaces are bonded 11 , 22nd is made easier.

Die erste Substratfläche 11 sollte glatt sein. Das Substrat 10 kann mehrkomponentig bzw. in Bezug auf die chemische Oberflächenzusammensetzung der ersten Substratfläche 11 (bzw. Dotierung bei Halbleitern) strukturiert sein.The first substrate surface 11 should be smooth. The substrate 10 can be multi-component or in relation to the chemical surface composition of the first substrate surface 11 (or doping in semiconductors) be structured.

Das Glaselement 20 enthält vorzugsweise Lithium oder Natrium. In einer Ausführungsform enthält das Glaselement 20 Lithium-Silikat. Der Vorteil von Lithium oder Natrium ist, dass das Glas eine Leitfähigkeit und pH-Selektivität aufweist.The glass element 20th preferably contains lithium or sodium. In one embodiment, the glass element contains 20th Lithium silicate. The advantage of lithium or sodium is that the glass has conductivity and pH selectivity.

Das Glaselement 20 weist vorzugsweise eine Dicke geringer als 1000 µm auf. Die Dicke des Glaselement 20 wird durch die erste Glasfläche 21 und die zweite Glasfläche 22 definiert. Vorzugsweise weist das Glaselement 20 eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm auf. Besonders bevorzugt weist das Glaselement 20 eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm auf. Die geringe Dicke des Glaselements 20 ermöglicht eine einfache Miniaturisierung der Glaselektrode 1 für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor. Somit wird es möglich, den elektrochemischen ionensensitive Sensor besonders platzsparend zu gestalten.The glass element 20th preferably has a thickness less than 1000 μm. The thickness of the glass element 20th is through the first glass surface 21 and the second glass surface 22nd Are defined. The glass element preferably has 20th a thickness between 1 µm and 500 µm. The glass element particularly preferably has 20th a thickness between 10 µm and 100 µm. The small thickness of the glass element 20th enables simple miniaturization of the glass electrode 1 for an electrochemical ion-sensitive sensor. It is thus possible to design the electrochemical ion-sensitive sensor in a particularly space-saving manner.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Glaselektrode 1 für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor. Das Substrat 10 ist mit der ersten Substratfläche 11 mit der zweiten Glasfläche 22 des Glaselements 20 durch Bonden miteinander verbunden. 3rd shows a schematic representation of a glass electrode 1 for an electrochemical ion-sensitive sensor. The substrate 10 is with the first substrate surface 11 with the second glass surface 22nd of the glass element 20th connected to each other by bonding.

Ein Kanal 13 erstreckt sich von der ersten Substratfläche 11 zur zweiten Substratfläche 12. Genauer gesagt, ermöglicht der Kanal 13 eine Kontaktierung der zweiten Glasfläche 22 durch das Substrat 10 hindurch. Der Kanal 13 ist zum Beispiel schon vor dem Bonden im Substrat 10 vorhanden. In diesem Fall ist der Kanal 13 beispielsweise ein Durchgangsloch im Substrat 10. Alternativ hierzu wird der Kanal 13 nach dem Bonden in das Substrat 10 eingearbeitet. Auf die Ausbildung des Kanals 13 wird später im Detail eingegangen.One channel 13th extends from the first substrate surface 11 to the second substrate surface 12th . More precisely, the channel enables 13th contacting the second glass surface 22nd through the substrate 10 through. The channel 13th is already in the substrate before bonding, for example 10 available. In this case the channel is 13th for example a through hole in the substrate 10 . Alternatively, the channel 13th after bonding into the substrate 10 incorporated. On the training of the canal 13th will be discussed in detail later.

Der Kanal 13 ist in 3 mit einem fluiden leitfähigen Medium 2 gefüllt. Eine Ableitelektrode 3 ist mit dem leitfähigen Medium 2 in elektrischem Kontakt. Beispielsweise ist die Ableitelektrode 3 in das Fluid 2 getaucht. Die Ableitelektrode 3 ist zum Beispiel aus Ag/AgCI gefertigt.The channel 13th is in 3rd with a fluid conductive medium 2 filled. A lead electrode 3rd is with the conductive medium 2 in electrical contact. For example, the lead electrode 3rd into the fluid 2 submerged. The lead electrode 3rd is made of Ag / AgCI, for example.

Das fluide leitfähige Medium 2 aus 3 ist zum Beispiel ein Elektrolyt, beispielsweise Kaliumchloridlösung, eine Salzschmelze, eine ionische Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit einem Redoxzusatz. In anderen Ausführungsformen, auf welche später eingegangen wird, kann das leitfähige Medium 2, 2', 2" auch ein anderes, zum Beispiel festes Material umfassen.The fluid conductive medium 2 out 3rd is for example an electrolyte, for example potassium chloride solution, a molten salt, an ionic liquid or a liquid with a redox addition. In other embodiments, which will be discussed later, the conductive medium 2 , 2 ' , 2 " also comprise another, for example solid, material.

4 zeigt wie 3 eine Ausführungsform der Glaselektrode 1. Im Unterschied zur Glaselektrode 1 von 3 ist das leitfähige Medium 2' der Glaselektrode 1 von 4 jedoch fest. Vorzugsweise ist das leitfähige Medium 2' ein leitfähiges Polymer, ein kohlenstoffbasiertes Material oder ein anderes leitfähiges anorganisches Material. Das leitfähige Medium kann auch mindestens einen Füllstoff umfassen. 4th shows how 3rd an embodiment of the glass electrode 1 . In contrast to the glass electrode 1 of 3rd is the conductive medium 2 ' the glass electrode 1 of 4th however firmly. Preferably the medium is conductive 2 ' a conductive polymer, carbon-based material, or other conductive inorganic material. The conductive medium can also comprise at least one filler.

Auch hier ist die Ableitelektrode 3 ist mit dem leitfähigen Medium 2' in elektrischem Kontakt. Beispielsweise wird die Ableitelektrode 3 auf das leitfähige Medium 2' gedrückt oder ist mit dem leitfähigen Medium 2' fest verbunden.Here, too, is the lead electrode 3rd is with the conductive medium 2 ' in electrical contact. For example, the lead electrode 3rd on the conductive medium 2 ' pressed or is with the conductive medium 2 ' firmly connected.

5 zeigt wie 3 und 4 eine Ausführungsform der Glaselektrode 1. Im Unterschied zur Glaselektrode 1 von 3 und 4 weist das Substrat 10 jedoch mehrere Kanäle 13 auf. Im Unterschied zur Glaselektrode 1 von 3 und 4 ist das leitfähige Medium 2" der Glaselektrode 1 von 4 jedoch ein Metall. Vorzugsweise ist das leitfähige Medium 2" ein Münzmetall, besonders bevorzugt umfasst das leitfähige Medium 2" Kupfer oder Silber. Auch die zuvor beschriebenen Ausführungsform können selbstverständlich mehrere Kanäle 13 aufweisen. 5 shows how 3rd and 4th an embodiment of the glass electrode 1 . In contrast to the glass electrode 1 of 3rd and 4th exhibits the substrate 10 however several channels 13th on. In contrast to the glass electrode 1 of 3rd and 4th is the conductive medium 2 " the glass electrode 1 of 4th but a metal. Preferably the medium is conductive 2 " a coin metal, particularly preferably comprises the conductive medium 2 " Copper or silver. The embodiment described above can of course also have several channels 13th exhibit.

Auch hier ist die Ableitelektrode 3 ist mit dem leitfähigen Medium 2" in elektrischem Kontakt. Beispielsweise wird die Ableitelektrode 3 auf das leitfähige Medium 2" gedrückt oder ist mit dem leitfähigen Medium 2" fest verbunden.Here, too, is the lead electrode 3rd is with the conductive medium 2 " in electrical contact. For example, the lead electrode 3rd on the conductive medium 2 " pressed or is with the conductive medium 2 " firmly connected.

6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Glaselektrode 1. In dieser Ausführungsform weist die Glaselektrode 1 keinen Kanal 13 auf. Vielmehr ist die Ableitelektrode 3 direkt mit dem Substrat 10 in elektrischem Kontakt. Beispielsweise wird die Ableitelektrode 3 auf das Substrat 10 gedrückt oder ist mit dem Substrat 10 fest verbunden. 6th Figure 3 shows an alternative embodiment of the glass electrode 1 . In this embodiment, the glass electrode 1 no channel 13th on. Rather, it is the lead electrode 3rd directly with the substrate 10 in electrical contact. For example, the lead electrode 3rd on the substrate 10 pressed or is with the substrate 10 firmly connected.

Die Ableitelektrode 3 ist vorzugsweise mit der zweiten Substratfläche 12 des Substrats 10 in elektrischem Kontakt.The lead electrode 3rd is preferably with the second substrate surface 12th of the substrate 10 in electrical contact.

Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode 1 für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor beschrieben.The following is the procedure for making a glass electrode 1 for an electrochemical ion-sensitive sensor.

Wie in 1 dargestellt, wird zuerst das Substrat 10 mit der ersten Substratfläche 11 und der gegenüberliegenden zweiten Substratfläche 12, das Glaselements 20 mit der ersten Glasfläche 21 und der gegenüberliegenden zweiten Glasfläche 22, sowie der elektrischen Kontaktierungseinheit 4 bereitgestellt.As in 1 First, the substrate is shown 10 with the first substrate surface 11 and the opposite second substrate surface 12th , the glass element 20th with the first glass surface 21 and the opposite second glass surface 22nd , as well as the electrical contacting unit 4th provided.

Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Kanal 13 an einer festgelegten Position im Substrat 10. Der Kanal 13 erstreckt sich von der ersten Substratfläche 11 zur zweiten Substratfläche 12. Der Kanal 13 wird zum Beispiel durch ein Material abtragendes Verfahren in dem Substrat 10 erstellt. Zum Material abtragen werden bekannte Verfahren verwendet, beispielsweise ein chemisches Materialabtrageverfahren wie Ätzen oder ein mechanisches Materialabtragen wie spanende Materialabtragefahren, so wie zum Beispiel Bohren. Der Kanal 13 ist zum Beispiel ein Durchgangsloch.According to one embodiment, the channel is located 13th at a specified position in the substrate 10 . The channel 13th extends from the first substrate surface 11 to the second substrate surface 12th . The channel 13th is for example by a material removing process in the substrate 10 created. Known methods are used to remove material used, for example a chemical material removal process such as etching or a mechanical material removal such as cutting material removal processes, such as drilling. The channel 13th is for example a through hole.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Substrat 10 ohne Kanal 13 bereitgestellt.According to an alternative embodiment, a substrate 10 without a channel 13th provided.

In einem optionalen Schritt wird die erste Substratfläche 11 sowie die zweite Glasfläche 22 poliert, so dass die zwei Flächen sehr glatt sind, d.h. eine mittlere Rauheit geringer als 50 nm aufweisen. Für das Polieren wird zum Beispiel ein bekanntes Polierverfahren verwendet. Alternativ kann eine derartige glatte Oberfläche auch durch andere Verfahren, wie zum Beispiel Ziehen, Ätzen hergestellt werden.In an optional step, the first substrate surface 11 as well as the second glass surface 22nd polished so that the two surfaces are very smooth, ie have an average roughness less than 50 nm. For the polishing, for example, a known polishing method is used. Alternatively, such a smooth surface can also be produced by other methods, such as, for example, drawing, etching.

In einem optionalen Schritt wird das Glaselement 20 und das Substrat 10 vor dem Aufeinanderlegen der zwei Platten 10, 20 gereinigt. Zum Reinigen wird zum Beispiel Alkohol verwendet.In an optional step, the glass element 20th and the substrate 10 before placing the two panels on top of each other 10 , 20th cleaned. For example, alcohol is used for cleaning.

Wie in 2 dargestellt, wird als nächstes die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 aufeinandergelegt. Das Substrat 10 und das Glaselement 20 werden derart mit ihren Flächen 11, 22 aufeinandergelegt, dass keine Luft zwischen den beiden Platten 10, 20 ist.As in 2 next, the first substrate surface is shown 11 and the second glass surface 22nd on top of each other. The substrate 10 and the glass element 20th are so with their faces 11 , 22nd placed one on top of the other so that no air between the two panels 10 , 20th is.

In einem weiteren Schritt werden das Substrat 10 und das Glaselement 20 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Die Temperatur ist vorzugsweise geringer als die Glastransformationstemperatur des Glaselements 20. Vorzugsweise wird das Glaselement 20 derart erhitzt, dass das Glaselement 20 eine vorbestimmte Viskosität bekommt. Die Temperatur, auf welche das Glaselement 20 erhitzt wird, ist zum Beispiel zwischen 200°C und 500°C, vorzugsweise zwischen 300°C und 400°C. Das Erhitzen geschieht zum Beispiel mittels eines Lasers, beispielsweise eines Infrarot Lasers oder durch eine sogenannte Hot Plate. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere bekannte Verfahren zur Erhitzung des Substrats 10 und des Glaselements 20 zu verwenden.In a further step the substrate 10 and the glass element 20th heated to a predetermined temperature. The temperature is preferably lower than the glass transformation temperature of the glass element 20th . Preferably the glass element 20th heated so that the glass element 20th gets a predetermined viscosity. The temperature at which the glass element 20th is heated, for example, between 200 ° C and 500 ° C, preferably between 300 ° C and 400 ° C. The heating takes place, for example, by means of a laser, for example an infrared laser or a so-called hot plate. It is of course also possible to use other known methods for heating the substrate 10 and the glass element 20th to use.

Als nächster Schritt wird, wie auch in 2 dargestellt, eine elektrische Spannung U an das Substrat 10 und das Glaselement 20 angelegt. Vorzugsweise wird die Spannung U an die zweite Substratfläche 12 und die erste Glasfläche 21 angelegt. Das Glaselement 20 dient vorzugsweise als Kathode und das Substrat 10 dient vorzugsweise als Anode. Es wird also an das Glaselement 20 eine negative Spannung und an das Substrat 10 eine positive Spannung angelegt. Durch das Anlegen der elektrischen Spannung U werden die erste Substratfläche 11 und die zweite Glasfläche 22 durch Bonden, genauer gesagt anodisches Bonden, miteinander verbunden. Die elektrische Spannung beträgt zum Beispiel weniger als 5kV. Beispielsweise beträgt die elektrische Spannung zwischen 100V und 1000V. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung zwischen 200 und 500 V. Während eine elektrische Spannung an dem Glaselement 20 und dem Substrat 10 anliegt, wird die Ionenbeweglichkeit im Glaselement 20 durch die durch die Temperatur erhöht und durch die Polarisation eine Bewegungsrichtung vorgegeben. An einer Grenzfläche zwischen der zweiten Glasfläche 22 und der ersten Substratfläche 11 findet ein Bondprozess statt.The next step, as in 2 shown, an electrical voltage U to the substrate 10 and the glass element 20th created. Preferably the tension U to the second substrate surface 12th and the first glass surface 21 created. The glass element 20th preferably serves as the cathode and the substrate 10 preferably serves as an anode. So it is attached to the glass element 20th a negative voltage and to the substrate 10 a positive voltage is applied. By applying the electrical voltage U become the first substrate surface 11 and the second glass surface 22nd connected to one another by bonding, more precisely anodic bonding. The electrical voltage is, for example, less than 5kV. For example, the electrical voltage is between 100V and 1000V. The electrical voltage is preferably between 200 and 500 V. While an electrical voltage is applied to the glass element 20th and the substrate 10 is applied, the ion mobility in the glass element 20th which is increased by the temperature and a direction of movement is specified by the polarization. At an interface between the second glass surface 22nd and the first substrate area 11 a bonding process takes place.

Falls zu Beginn des Verfahrens ein Substrat 10 ohne Kanal 13 bereitgestellt wurde, bzw. kein Kanal 13 zu Beginn im Substrat 10 ausgebildet wurde, so kann in einer Ausführungsform der Kanal 13 nach dem Bonden des Substrats 10 mit dem Glaselement 20 in dem Substrat 10 ausgebildet werden. Hierzu werden vorzugsweise die oben beschriebenen Materialabtragenden Verfahren verwendet.If at the beginning of the procedure a substrate 10 without a channel 13th provided or no channel 13th at the beginning in the substrate 10 was formed, so in one embodiment the channel 13th after bonding the substrate 10 with the glass element 20th in the substrate 10 be formed. For this purpose, the above-described material-removing methods are preferably used.

Der Vorteil des Ausbildens eines Kanals 13 im Substrat 10 entweder vor dem Schritt des Bondens oder nach dem Schritt des Bondens ist, dass als Material für das Substrat 10 ein Material verwendet werden kann, welches bei Raumtemperatur nicht leitfähig ist. Da der Kanal 13 mit einem leitfähigen Material 2, 2', 2" gefüllt wird, muss das Substrat 10 bei den Temperaturen eines zugelassenen Einsatzbereichs, zum Beispiel zwischen -60°C und 150°C nicht leitfähig sein.The advantage of forming a canal 13th in the substrate 10 either before the bonding step or after the bonding step is that as the material for the substrate 10 a material can be used which is not conductive at room temperature. Because the channel 13th with a conductive material 2 , 2 ' , 2 " is filled, the substrate must 10 be non-conductive at the temperatures of an approved application area, for example between -60 ° C and 150 ° C.

Alternativ zum Schritt des Ausbildens des Kanals 13 kann auf das Ausbilden des Kanals 13 verzichtet werden, wenn das Substrat 10 ein leitfähiges Material umfasst. Dies bedeutet, dass das Material des Substrats 10 bei den Temperaturen des zugelassenen Einsatzbereichs (zum Beispiel zwischen -60°C und 150°C) leitfähig ist.Alternatively to the step of forming the channel 13th can focus on forming the channel 13th can be dispensed with when the substrate 10 comprises a conductive material. This means that the material of the substrate 10 is conductive at the temperatures of the permitted area of use (for example between -60 ° C and 150 ° C).

In einem weiteren Schritt wird der Kanal 13 mit einem leitfähigen Medium 2, 2', 2" gefüllt. Wie oben beschrieben, können hierfür verschiedene elektrisch leitfähige Materialien bzw. Fluide verwendet werden.In a further step, the canal 13th with a conductive medium 2 , 2 ' , 2 " filled. As described above, various electrically conductive materials or fluids can be used for this.

Anschließend wird das leitfähige Medium 2, 2', 2" oder das Substrat 10 von der Ableitelektrode 3 kontaktiert. Wenn als leitfähiges Medium 2', 2" ein festes Material gewählt wurde, so kann beim Schritt des Kontaktierens des leitfähigen Mediums 2', 2" durch die Ableitelektrode 3, das leitfähiges Medium 2', 2" aufgeschmolzen werden. Dieser Schritt kann auch vor dem Schritt des Füllens des Kanals 13 durch ein leitfähiges Medium 2, 2', 2" erfolgen.Then the conductive medium 2 , 2 ' , 2 " or the substrate 10 from the lead electrode 3rd contacted. If as a conductive medium 2 ' , 2 " If a solid material has been selected, then in the step of making contact with the conductive medium 2 ' , 2 " through the lead electrode 3rd , the conductive medium 2 ' , 2 " be melted. This step can also be performed before the step of filling the canal 13th through a conductive medium 2 , 2 ' , 2 " respectively.

In der in 6 dargestellten Ausführungsform wurde im Substrat 10 kein Kanal 13 ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird somit nach dem Schritt des Anlegens einer elektrischen Spannung an das Substrat 10 und an das Glaselement 20 ein Schritt des Kontaktierens des Substrats 10 mit der Arbeitselektrode 3 durchgeführt. In diesem Fall ist die Ableitelektrode 3 mit dem Substrat 10 in elektrischem Kontakt. Beispielsweise wird die Ableitelektrode 3 auf das Substrat 10, beispielsweise auf die erste Substratfläche 11, gedrückt oder ist mit dem Substrat 10, bzw. mit der ersten Substratfläche 11 fest verbunden.In the in 6th The embodiment shown was in the substrate 10 no channel 13th educated. In this embodiment, after the step of applying an electrical voltage to the substrate 10 and to the glass element 20th a step of contacting the substrate 10 with the working electrode 3rd carried out. In this case the lead electrode is 3rd with the substrate 10 in electrical contact. For example, the lead electrode 3rd on the substrate 10 , for example on the first substrate surface 11 , pressed or is with the substrate 10 , or with the first substrate surface 11 firmly connected.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
GlaselektrodeGlass electrode
2, 2', 2''2, 2 ', 2' '
leitfähiges Mediumconductive medium
33
AbleitelektrodeLead electrode
44th
Kontaktierungseinheit Contacting unit
1010
SubstratSubstrate
1111
erste Substratflächefirst substrate area
1212th
zweite Substratflächesecond substrate area
1313th
Kanal channel
2020th
GlaselementGlass element
2121
erste Glasflächefirst glass surface
2222nd
zweite Glasfläche second glass surface
UU
elektrische Spannungelectrical voltage

Claims (17)

Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend: - Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), eines Glaselements (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit (4), wobei das Substrat (10) elektrisch leitfähig ist, - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche (11) und der zweiten Glasfläche (22), - Erhitzen des Substrats (10) und des Glaselements (20) auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements (20) ist, - Anlegen einer elektrischen Spannung (U) an das Substrat (10) und das Glaselement (20), so dass die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden werden, - Kontaktieren des Substrats (10) mit einer Ableitelektrode (3).Method for producing a glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: - Provision of a substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposing second substrate surface (12), a glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposing second glass surface (22), and an electrical contacting unit (4) ), wherein the substrate (10) is electrically conductive, - Laying the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) on top of one another, - heating the substrate (10) and the glass element (20) to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element (20), - applying an electrical voltage (U) to the substrate (10) and the glass element (20), so that the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) are connected to one another by bonding, - Contacting the substrate (10) with a discharge electrode (3). Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend: - Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), eines Glaselements (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit (4), wobei sich im Substrat (10) mindestens ein an einer festgelegten Position befindlicher Kanal (13) von der ersten Substratfläche (11) zur zweiten Substratfläche (12) erstreckt, - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche (11) und der zweiten Glasfläche (22), - Erhitzen des Substrats (10) und des Glaselements (20) auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements (20) ist, - Anlegen einer elektrischen Spannung (U) an die zweite Substratfläche (12) und die erste Glasfläche (21), so dass die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden werden, - Füllen des Kanals (13) mit einem elektrisch leitfähigen Medium (2, 2', 2"), - Kontaktieren des elektrisch leitfähigen Mediums (2, 2', 2") mit einer Ableitelektrode (3).Method for producing a glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: - Provision of a substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposing second substrate surface (12), a glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposing second glass surface (22), and an electrical contacting unit (4) ), wherein in the substrate (10) at least one channel (13) located at a fixed position extends from the first substrate surface (11) to the second substrate surface (12), - Laying the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) on top of one another, - heating the substrate (10) and the glass element (20) to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element (20), - applying an electrical voltage (U) to the second substrate surface (12) and the first glass surface (21), so that the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) are connected to one another by bonding, - Filling the channel (13) with an electrically conductive medium (2, 2 ', 2 "), - Contacting the electrically conductive medium (2, 2 ', 2 ") with a discharge electrode (3). Verfahren zur Herstellung einer Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend: - Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), eines Glaselements (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), sowie einer elektrischen Kontaktierungseinheit (4), - Aufeinanderlegen der ersten Substratfläche (11) und der zweiten Glasfläche (22), - Erhitzen des Substrats (10) und des Glaselements (20) auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Glastransformationstemperatur des Glaselements (20) ist, - Anlegen einer elektrischen Spannung (U) an die zweite Substratfläche (12) und die erste Glasfläche (21), so dass die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden werden, - Ausbilden eines Kanals (13) in dem Substrat (10), so dass sich der Kanal (13) von der ersten Substratfläche (11) bis zur zweiten Substratfläche (12) erstreckt, - Füllen des Kanals (13) mit einem elektrisch leitfähigen Medium (2, 2', 2"), - Kontaktieren des elektrisch leitfähigen Mediums (2, 2', 2") mit einer Ableitelektrode (3).Method for producing a glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: - Provision of a substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposing second substrate surface (12), a glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposing second glass surface (22), and an electrical contacting unit (4) ), - Laying the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) on top of one another, - heating the substrate (10) and the glass element (20) to a predetermined temperature, the predetermined temperature being lower than a glass transformation temperature of the glass element (20), - applying an electrical voltage (U) to the second substrate surface (12) and the first glass surface (21), so that the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) are connected to one another by bonding, - Forming a channel (13) in the substrate (10), so that the channel (13) extends from the first substrate surface (11) to the second substrate surface (12), - Filling the channel (13) with an electrically conductive medium (2, 2 ', 2 "), - Contacting the electrically conductive medium (2, 2 ', 2 ") with a discharge electrode (3). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) eine mittlere Rauheit geringer als 50 nm, vorzugsweise geringer als 10 nm aufweisen.Method according to one of the preceding claims, wherein the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) have a medium roughness less than 50 nm, preferably less than 10 nm. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die mittlere Rauheit durch einen Schritt des Polierens der ersten Substratfläche (11) und der zweiten Glasfläche (22) erreicht wird.Procedure according to Claim 4 wherein the mean roughness is achieved by a step of polishing the first substrate surface (11) and the second glass surface (22). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) parallele Flächen sind, vorzugsweise parallele planare Flächen sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) are parallel surfaces, preferably are parallel planar surfaces. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die angelegte elektrische Spannung (U) geringer als 5 kV ist, vorzugsweise zwischen 100 V und 1000 V ist, besonders bevorzugt zwischen 200 V und 500V ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the applied electrical voltage (U) is less than 5 kV, preferably between 100 V and 1000 V, particularly preferably between 200 V and 500V. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der ersten Glasfläche (21) eine negative Spannung angelegt wird und an der zweiten Substratfläche (12) eine positive Spannung angelegt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a negative voltage is applied to the first glass surface (21) and a positive voltage is applied to the second substrate surface (12). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer als die Transformationstemperatur des Glaselements ist, vorzugsweise die vorbestimmte Temperatur zwischen 200°C und 500°C ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined temperature is lower than the transformation temperature of the glass element, preferably the predetermined temperature is between 200 ° C and 500 ° C. Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend: - ein Substrat (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), - ein Glaselement (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), wobei die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden sind, wobei eine Ableitelektrode (3) mit dem Substrat (10) in elektrischem Kontakt ist.Glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: - A substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposite second substrate surface (12), - A glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposing second glass surface (22), the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) being connected to one another by bonding, a discharge electrode (3) being connected to the The substrate (10) is in electrical contact. Glaselektrode (1) für einen elektrochemischen ionensensitiven Sensor umfassend: - ein Substrat (10) mit einer ersten Substratfläche (11) und einer gegenüberliegenden zweiten Substratfläche (12), wobei sich im Substrat (10) ein Kanal (13) von der ersten Substratfläche (11) zur zweiten Substratfläche (12) erstreckt, - ein Glaselement (20) mit einer ersten Glasfläche (21) und einer gegenüberliegenden zweiten Glasfläche (22), wobei die erste Substratfläche (11) und die zweite Glasfläche (22) durch Bonden miteinander verbunden sind, wobei der Kanal (13) mit einem leitfähigen Medium (2, 2', 2") gefüllt ist und eine Ableitelektrode (3) mit dem leitfähigen Medium (2, 2', 2") in elektrischem Kontakt ist.Glass electrode (1) for an electrochemical ion-sensitive sensor comprising: - A substrate (10) with a first substrate surface (11) and an opposite second substrate surface (12), a channel (13) extending in the substrate (10) from the first substrate surface (11) to the second substrate surface (12), - A glass element (20) with a first glass surface (21) and an opposite second glass surface (22), the first substrate surface (11) and the second glass surface (22) being connected to one another by bonding, the channel (13) having a conductive medium (2, 2 ', 2 ") is filled and a discharge electrode (3) is in electrical contact with the conductive medium (2, 2', 2"). Glaselektrode (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei das Glaselement (20) Lithium oder Natrium umfasst.Glass electrode (1) according to Claim 10 or 11 wherein the glass element (20) comprises lithium or sodium. Glaselektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Glaselement (20) eine Dicke geringer als 1000 µm aufweist, vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm aufweist, besonders bevorzugt eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm.Glass electrode (1) according to one of the Claims 10 to 12th wherein the glass element (20) has a thickness less than 1000 μm, preferably a thickness between 1 μm and 500 μm, particularly preferably a thickness between 10 μm and 100 μm. Glaselektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das leitfähige Medium (2") ein Metall umfasst, vorzugsweise ein Münzmetall umfasst, besonders bevorzugt Kupfer oder Silber umfasst.Glass electrode (1) according to one of the Claims 10 to 13th , wherein the conductive medium (2 ″) comprises a metal, preferably comprises a coin metal, particularly preferably comprises copper or silver. Glaselektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das leitfähige Medium (2') ein leitfähiges Polymer, ein kohlenstoffbasiertes Material oder ein anderes leitfähiges anorganisches Material umfasst.Glass electrode (1) according to one of the Claims 10 to 13th wherein the conductive medium (2 ') comprises a conductive polymer, a carbon-based material or another conductive inorganic material. Glaselektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das leitfähige Medium (2) ein Fluid umfasst, vorzugsweise eine Salzschmelze, eine ionische Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit einem Redoxzusatz umfasst.Glass electrode (1) according to one of the Claims 10 to 13th , wherein the conductive medium (2) comprises a fluid, preferably comprises a molten salt, an ionic liquid or a liquid with a redox addition. Glaselektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Substrat (10) leitfähig ist, wobei das Substrat (10) vorzugsweise ein Metall, ein kohlenstoffbasiertes Material, einen Halbleiter oder ein leitfähiges Kompositmaterial umfasst.Glass electrode (1) according to one of the Claims 10 to 16 wherein the substrate (10) is conductive, wherein the substrate (10) preferably comprises a metal, a carbon-based material, a semiconductor or a conductive composite material.
DE102019133789.5A 2019-12-10 2019-12-10 Planar pH measuring electrode and method for producing the same Pending DE102019133789A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019133789.5A DE102019133789A1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 Planar pH measuring electrode and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019133789.5A DE102019133789A1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 Planar pH measuring electrode and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019133789A1 true DE102019133789A1 (en) 2021-06-10

Family

ID=75962385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019133789.5A Pending DE102019133789A1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 Planar pH measuring electrode and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019133789A1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282079A (en) * 1980-02-13 1981-08-04 Eastman Kodak Company Planar glass ion-selective electrode
US4592824A (en) * 1985-09-13 1986-06-03 Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Miniature liquid junction reference electrode and an integrated solid state electrochemical sensor including the same
EP0476980A2 (en) * 1990-09-17 1992-03-25 Fujitsu Limited Oxygen electrode
DE4337418A1 (en) * 1993-11-03 1995-05-04 Inst Chemo Biosensorik Silicon technology biosensor element and method for its production
WO2007070226A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Medtronic, Inc. MONOLITHIC ELECTRODES AND pH TRANSDUCERS
CN107941876A (en) * 2017-11-29 2018-04-20 宁波大学 Silver/silver chloride reference electrode and preparation method thereof
DE102018128885A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-19 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg glass electrode
DE102019108890A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-10 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensor element for a potentiometric sensor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282079A (en) * 1980-02-13 1981-08-04 Eastman Kodak Company Planar glass ion-selective electrode
US4592824A (en) * 1985-09-13 1986-06-03 Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Miniature liquid junction reference electrode and an integrated solid state electrochemical sensor including the same
EP0476980A2 (en) * 1990-09-17 1992-03-25 Fujitsu Limited Oxygen electrode
DE4337418A1 (en) * 1993-11-03 1995-05-04 Inst Chemo Biosensorik Silicon technology biosensor element and method for its production
WO2007070226A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Medtronic, Inc. MONOLITHIC ELECTRODES AND pH TRANSDUCERS
CN107941876A (en) * 2017-11-29 2018-04-20 宁波大学 Silver/silver chloride reference electrode and preparation method thereof
DE102018128885A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-19 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg glass electrode
DE102019108890A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-10 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensor element for a potentiometric sensor

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anodic bonding, aus WIKIPEDIA 7.11.2019 URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Anodic_bonding&oldid=925040073 *
BLASQUEZ, Gabriel; FAVARO, Patrick. Silicon glass anodic bonding under partial vacuum conditions: problems and solutions. Sensors and Actuators A: Physical, 2002, 101. Jg., Nr. 1-2, S. 156-159. *
FENG, Guangjie, et al. Glass-Copper anodic bonding through activated Sn-0.6 Al solder. Journal of Materials Processing Technology, 2018, 254. Jg., S. 108-113. *
LEIB, Juergen, et al. Anodic bonding at low voltage using microstructured borosilicate glass thin-films. In: 3rd Electronics System Integration Technology Conference ESTC. IEEE, 2010. S. 1-4. *
MICRONIT: Wafer Bonding. Stand vom 29.11.2019. URL: http://web.archive.org/web/20191129165746/https://www.micronit.de/technologies/bonding/ [abgerufen am 16.06.2020] *
PLÖßL, Andreas; KRÄUTER, Gertrud. Wafer direct bonding: tailoring adhesion between brittle materials. Materials Science and Engineering: R: Reports, 1999, 25. Jg., Nr. 1-2, 3.3 Flatness and smoothness *
VÖLKLEIN, Friedmann ; ZETTERER, Thomas: Praxiswissen Mikrosystemtechnik - Grundlagen, Technologien, Anwendungen. 2., vollst. überarb. und erw. Aufl. Wiesbaden : Vieweg, 2006. (Vieweg Praxiswissen). S. 360-364. - ISBN 3-528-13891-2 *
WALLIS, George; POMERANTZ, Daniel I. Field assisted glass-metal sealing. Journal of applied physics, 1969, 40. Jg., Nr. 10, S. 3946-3949. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1062501A1 (en) Reference electrode
DE102013101420A1 (en) Electrochemical sensor e.g. potentiometric sensor for sensing pH concentration in test sample, has electrical conductor that is provided with enamel coating enclosure along longitudinal extent extending portion
DE102016202083B4 (en) Electrochemical sensor and method of making same
EP0944816A1 (en) Electric resistance with at least two contact fields on a ceramic substrate and process for manufacturing the same
DE19714474C2 (en) Electrochemical sensor and method for its manufacture
DE19842735A1 (en) Multi-layer ceramic sensor with surface electrodes, has connections for both electrical measurement and direct electrode heating during e.g. temperature pulse voltammetry in flowing electrolyte
EP3057707B1 (en) Measurement arrangement having a carrier element and having a sensor
DE102019133789A1 (en) Planar pH measuring electrode and method for producing the same
WO1996031887A1 (en) Process for manufacturing components on a metal film base
DE102019108890A1 (en) Sensor element for a potentiometric sensor
DE4337418C2 (en) Process for the production of a biosensor element using silicon technology in a full-wafer process
EP2739965B1 (en) Electrochemical sensor
DE3034175C2 (en)
DE102010054019A1 (en) Planar chemical measuring electrode for pH-determination, has functional layer for pH-measurement, where functional layer is placed on non-conductive substrate
DE102017103173A1 (en) reference electrode
DE102020123310A1 (en) Method of making a liquid junction in a glass stem for a glass electrochemical sensor, and liquid junction and electrochemical glass sensor with liquid junction
DE3521741A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A FLUORIDE-SENSITIVE MEMBRANE
DE10022210A1 (en) Measuring system used for controlling the hydrogen ion activity comprises an indicator electrode, an outer electrode and an earthing electrode arranged together on one side
DE19631530A1 (en) Ion selective sensor
DE1922225A1 (en) Ion exchange electrode
EP0477744B1 (en) Temperature sensor
EP1523674B1 (en) Method for the production of a hydrophilic substrate provided with a layer electrode
EP0471330A1 (en) PH-measuring device
DE19701798C2 (en) Flow electrochemical cell
DE102007050477A1 (en) Miniaturized planar indicator electrode for pH measurement in e.g. bio technology, has conductivity structure, earth-, electrochemical base-, redox electrodes and tri electrode arrangement structures determining material sizes on substrate

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified