SU989439A1 - Способ изготовлени ионоселективного электрода с твердым контактом - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ирнометрии , а именно к способам получени  беэраств9Рных мембранных ионоселективных электродов, которые могут найти применение в аналитической практике дл  непрерывного контрол  и регулировани  технологических процессов , при изучении физико-хикических характеристик веществ, термоддангмики раствсфов, проведени  аналитических определений в микрообъектах и др. Известен способ изготовлени  без-; растворного ионоселективного электрода методом гор чего прессовани  в вакууме Cl Недостатками этого способа  вл ютс  сложность требуемого оборудовани  и относительно большое врем  установлени  потенциала - пор дка минут, а, значит, и мала  динг1мическа  чувствительность . наиболее близким к .предлагаемому  вл етс  способ изготовлени  безрастворного ионоселективного электрода, включаииций нанесение ионочувствитепьной мембраны и токоподвода на диэлект рическую подложку и электрическую изо л цшо открытых частей токоподвода от рабочего раствора 2. Недостатком известного способа  вл етс  относительно большое врем  установлени  11отенциала вследствие малой ппотности материала ионо увствительной мембраны. Цель изобретени  - ««еньшение инерционности электрона. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  безрастворного ионоселективного электрода , включающему нанесение ионочувС1 вительной мембраны и такрподвода и электрическую изол цию открытых частей токоподвода, ионочувствительную мембрану .нанос т вакуумным расшшенишл при температуре подложки 120-150 С со скоростью 135-165 нм/с в течение 350-600 с. . . . Йоночувствительную мембрану нанос т распылением халькогенидов и галоге .нидов меди или серебра или фторида лантана, активированного европием. Предложенный способ имеет следующую последовательность операций: проводитс  скрайбирование стандартных ситалловых пластин или резка алмазной пилой поликоровых подложек на более мелкие, размерен приблизительно 48x3 осуществл етс  цикл химичеркРй подготовки подложек к напылению , включающий в отмывки в смес х азотной и плавиковой кислот, окислительной смеси, трихлорэтилёне и спирте, разделенные между собой кип чением в дистиллированной воде и cyiuкой; производитс  закладка подготовленных подложек в подложкодержатель с маской дл  изготовлени  пленочной части токоподвода} производитс  напыление термическим испарением в вакууме на закрепленные в подложкодержатель подложки сло  адгезионного материала при температуре подложки 300-350°с со скоростью нанесени  50-80 нм/с в течение 30-45 с, затем, не поднима  колпака, сло  низкоомного провод щего -материала пленочной части токоподвода способами термического , катодного или электроннолучевого нанесени  при той же температуре со скоростью нанесени  2535 нм/с в течение 600-700 с камера охлаждаетс , подложкодержатель вынимаетс  и мен етс  маска на предназначенную дл  изготовлени  ионочувствительного сло ; подлржко ержатель вставл етс  в камеру и последн   откачиваетс  до остаточного даалени  Ю мм рт.ст.; на провод щий слой напыл етс  ионочувствительна  мембрана способами термического испарени  - дл  простых халькогенидов серебра и меди, дискретным или ионоплазменным - дл  материалов любых стехиометрических составов) процесс ПРОВОДИТСЯ при температуре подложки 120-150С со скоростью 13б-165 нм/с в течение 350-600 с.; послеохлаждени  до подлоиски вынимаютс  и производитс  проверка изолированного провода - токоподвода к контактной подложке пленочной части токоподвода (методами контактной, лазерной или термокомпрессионной сварки); место приварки провода к контактной площадке и сама контактна  площадка, т.е. открытые части токоподвода покрывайтс  электроизолирующей эмалью, например ЭП-91 или эпоксидной смолой к свободному концу изолированного провода припаиваетс  клемма, место пайки изолируетс , электрод готов к работе.

На фиг. 1 изображена схема, по с-. н юща  способ; на фиг. 2 и 3 - маска

Пример 1 (оптимсшьный ва- . риант осуществлений способа). На ситалловую подложку 1 (фиг. 1) в установке вакуумного напылени  УВН71П-3 через маску 5 (фиг. 2) наноситс  адгезионный ПОДСЛОЙ хрома 2 (фиг. 1) методом термического испарени  из молибденового испарител  со скорость нанесени  50-60 нм/с в течение 3045 с при температуре осаждени  30035о С} остаточный вакуум в камере (1,0-7,0) - рт.ст. , ток испарител  300/340 А, напр жение 4 В. Не поднима  колпака, методом термического испарени  из танталового ис парител  наноситс  провод щий слой пленочного токоподвода из меди 3 через ту же маску 5 со скоростью нанесени  25-35 нм/с в течение 600;енин :э-оэ нм/с; в течении оии- :; температура подло ;ки 300-35СРс 650 ci м (1,0-7,0) - рт.ст., ток вакуум

испарител  400-420 А, напр жение 4 В, Скорость нанесени  пленок контролируетс  прибором МЭК-1-у.

Цосле этого производитс  выпуск воздуха под колпак вакуумной установки , подложка вынимаетс  и маска 5 (рис. 2) мен етс  намаску 6 (рис. 3) Подложкодержатель закладываетс  в вакуумную камеру установрги УВН-71П-3 и камера откачиваетс  до Р(1,0-7,0)х X рт.ст. Далее мечгодом термического испарени  из молибденового испарител  наноситс  слой сульфида меди 4 при температуре подложки 120150°С со скоростью 135-165 нм/с в течение 350-600 с.

После напылени  пленки сульфида меди запыленна  подложка вынимаетс  ,из-под колпака вакуумной установки и методом контактной сварки (ток 50 мл А, усилие прижати  50 г) к контактной площадке пленочного ионоселективного электрода привариваетс  многожильный медный провод диеилетром 0,5-1,0 мм во фторопластовой изол ции , после чего место сварки и вс  контактна  площадка изолируетс  эмалью ЭП-91.

Пример 2 (оптим,альный вариант осуществлени  способа на примере композиционных матери.алов) .На ситалловую подложку наноситс  адге- , зионный подслой титана (по технологии, описанной в примере 1) методом термического испарени  на установке УРМ.3.279.011. Не поднима  колпгжа, методом электроннолучевого испарени  наноситс  пленочный токоподвод при . той же температуре со скоростью нанесени  25-35нм/с в течение 600-700 секунд. Далее, после замены маски, в установке УВН-7У1П-3 наноситс  пленка ионочувствительной мембраны Ag SzAgCl методом взрывного испарени  с применением вибропитател  при вакууме (1,0-7,0) - рт.ст., температура подложки 120-150°С, скорость нанесе .ни  135-165 нм/с, врем  нанесени  350-600 с.Приваркаи злектроизол циз осуществл ютс  по примеру 1. -

Пример 3 (вариант осуществлени  способа в приграничн1;ах област хв сторону нижних пределов). На ситалловую подложку наноситс  пленочный никелевый токоподвод с титановым подслоем по технологии, описанной в примере 2. Пленка ионочувствительной мембраны Ag2.S:AgI наноситс  по технологии , описанной в примере 2, с тем |отличием, что скорость нанесени  пленки 125-135 нм/с, а врем  нанесени  350 с. Приварка и изол ци  производ тс  по примеру 1. Островковость получаемой пленки сразу сказываетс  на пределах измере ни  концентрации полученным электроШом . Врем  наработки таким электродо .1-2 дн . Пример 4 (вариант осуществлени  способа за пределами указанньос границ изменени , характеристик т в сторону верхних пределов). На поликоровую подложку наноситс  пленочный а кел&кзк токоподвод с титановым под слоем по технологии, описанной в при мере 2. пленка ионочувствительной мембраны наноситс  по техноло гии, описанной в 2, с тем отличием, что скорость нанесени  пленки пор дка 200 нм/с, а врем  нанесени  900 с. Приварка и изол ци  по примеру 1. Наблюдаетс  шелушение полученной пленки LafySu от пленки .тркоподвода. йвмр м Цимер момбраиы

1Cu,S ,

2Ag,S : AgCl 27S

3Ate,S : Agl -7t 4 LaFj-Eu

. 5 Ag,S ПРОТОТИП выц миив плеики, потенциал неустойчи. Шмика меибраим отслаиваетс . Уменьшение инерционности электрода достигаетс  тем, что, во-первых, все активационные энергии материалов наход щихс  в тонкопленочном состо НИИ , как известно, в несколько раз меньше соответствующих характеристик тех же материалов, наход щихс  в мас сивном состо нии. В основном за счет перевода элтропийности этих характеристик из трехмерного измерени  в двумерное. Во-вторых, в тонкопленочном состо нии сопротивление ионочувс вительной мембраны в тыс чи раз мень ше сопротивлени  мембраны в массивном состо нии (исход  из известной формулы R Р 5). Учитыва , что в пленке скорость движени  носителей ионнохх) тока выше, чем в массивном образце, а путь, проходимый носител ми до момента установлени  потенВр«м  установлени  потемойела,о

1-2

1-2

1-2

12-lS

44

94

201 141 Потенциал электрода, н8, при койцентрац  х, г-моль/л HjO  истП (Г Г to- Т 10-1 10г« Т 16- Г 1 Если заизолировать обнажившиес  места то-соподвода лаком ХСЛ, то при испытани х оказываетс , что врем  установлени  потенциала приближаетс  к значению соответствуюсцей характеристики массивных образцов и характеризуетс  невоспроизводшмортЕм. Пример 5 (ваежант осуществлени  способа за пределами определенных границ изменени  характеристик в сторону верхних пределов).На ситалловую подложку наноситс  пленочный токоподвод по технологии, описанной в примере 2. Ионочувствительна  мембрана из наноситс  по технологии, описанной в примере 1, но с тем отличием, что температура подложки при нанесении 300°с. За счет больших внутренних напр жений пленка AgjjS полностью отслаиваетс  от .токоподвода. Характеристики пленочных ионоселективных электродов, полученных по примерам 1-5, представлены в таблице.. циала, значительно короче, пленочные электроды, псюшедшие предварительную тренировку в концентрированных растворах , содержащих измер емые ионы, реагируют на изменение концентрации рабочего раствора практически мгновенно . Временные, температурные и скоростные пределы обусловлены технологическими требовани ми, присущими изготовлению большинства пленочных приборов и определ ютс , в основном, физическими характеристиками конкретных материалов и способом созда 1и  пленок . Нижние пределы тёмпедйтуры нанесени  ионочувствительной, адгезионной и провод щей пленок определены экспериментально, исход  из приемле1уих адгезионных характеристик соответствующих пленок. Верхние температурные пределы обусловлены максимально

допустимьк ш предела «ш внутренних напр жений в пленках, выше которых начинаетс  ик отслоение. Скоростные пределы обусловлены тем что именно в них структура получаемых пленок обладает минимальным сопротивлением и максимальной плотностью при текнологически допустимом времени проведени  процесса; Нижние временные пределы гарантируют получение не островновой , а сплошной пленки, тем самым, обеспечива  достаточно широкий диапазон чувствительности и приемгшмое врем  наработки электрода. При переходе за верхние временные пределы при нанесении пленки мембраны врем  установлени  потенциала начинает резко увеличиватьс , постепенно приближа сь к соответствующей характеристике массивных образцов (см,таблицу), параллельно с этим наблюдаетс  рост внутренних напр жений пленки,привод щих к ее шелушению. Верхние временные пределы адгезионного и провод щего слоев обусловлены требовани м приварки к пленке непленочн й части токоподрода с приемлимрй прочностью соединени .

. Предлагае1 ый способ обладает следующими преимуществ агли: все технологические операции производ тс  на стандартном оборудовании и не требую дл  своего осуществлени  разработки уникальных установок; за один цикл изготавливаетс  ИСПЭ с совершенно идентичной структурой; при изготовлении ИСПЭ по предлагаемому способу

не требуетс  проведени  многостадийного процесса обсеки электродов в корпусе, поскольку он  вл етс  бескорпусным; из-за резкого ;/меньшени  толщины мембраны при организации промышленного выпуска ИС1ГЭ возможна больша  экономи  драгоценных и редки металлов и их сюлей.

Claims (2)

1.Способ изготовлени  ионоселективного электрода с твердым контактом , включающий нанесение ионочувствительной мембраны и токоподвода на диэлектрическую подложку и электрическую изол цию открытых частей токоподвода , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  инерционности изготавливаемых электродов, ионочувствительнз мембрану нанос т вакуумным распылением при температуре подложки 120-150 с со скоростью 135-165 нм/с в течение 350-600 с.

2.Способ ПОП.1, о т ли ч аю щ и и с   тем, что ионочувствительную мембрану нанос т распылением

халькогенидов и галогенидов меди или серебра или фторида лантана, активированного европием.

Источники ИНфСфМсЩИИ,

прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3798147, кл. G 01 N 27/30, 1974.

2.Патент США 4133735,

кл. G 01 N 27/30, 1979 (прототип).

ft/s.Z

////// 7

/ / / у/

/ / / / / /

/ / 7 / / / //j

fft/г, 3