基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法
【專利摘要】本發明提供一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法，屬于光學視窗防生物污損領域。該水下光學窗口的防生物污損裝置包括電解產氯光學窗口，其以透明基板為基底，基底表面設有ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線與電源的正負極相連。本發明對ITO電極的形狀、結構等進行設計和優化，利用電解海水進行原位動態析氯的方法，實現了光學窗口表面的防污損；陰、陽兩極發生的電極反應及產物相互作用形成次氯酸根，可殺滅附著在玻璃表面的生物，進一步起到防止生物污損的效果。
【專利說明】
基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法
技術領域
[0001]本發明涉及光學視窗防生物污損領域，具體地說是一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法。
【背景技術】
[0002]海洋環境研究和資源開發利用日益受到各國的高度關注，在海洋研究和開發過程中，實海數據的采集正向自動控制、原位測量、無人值守的方向發展。人們建立了諸多海洋環境自動監測網絡并布設不同的傳感器跟蹤和測量各種海水相關數據，比如溶解氧濃度、濁度、導電率、酸度、熒光強度等。這些監測系統在預定海域達到近乎連續的長時間觀測，能更加詳實和精確的反映海洋的實時狀態，為人類探索和開發海洋提供重要的數據支撐。
[0003]用于原位監測的水下光學器件(如光學傳感器和照明系統)對于海洋環境研究和資源開發必不可少。一般而言，透明材料可以作為此類光學器件窗口的首選，通過光的透過可實時采集外界海水的信息。然而，處于海水中的光學器件將在短時間內被生物膜所覆蓋，之后宏觀生物群落形成，造成嚴重生物污損。生物污損會對水下器件的光學窗口造成諸多不利影響，是限制此類海洋裝備測試精度和正常使用的重要因素，這對于高質量、高精確度科學數據的獲取是極為不利的。一旦光學窗口遭受生物污損，其性能將受到不同程度的影響，需要耗資高、難度大的實海維護，故提高水下光學器件窗口材料的防污損對海洋的探索、開發和利用具有重要意義。
[0004]目前，水下儀器光學窗口的防生物污損系統主要有以下三種類型:(I)刮刀式機械防除污損系統；(2)基于銅腐蝕的“銅罩”防污損系統；(3)受控式電解海水產氯系統。刮刀式機械防除污損系統需要利用內置電動馬達給外界刮刀提供動力。儀器在布放于海水之前，需設定好刮刀對光學窗口外沿的刮擦頻率，從而在布放過程中按預定程序進行刮擦。即使光學窗口附近有污損生物的聚集，在刮刀作用下也將清除，使光學窗口免于污損。但是，此類技術存在如下缺點:首先，由于馬達等配套裝置，其成本較高，電能消耗較大。再者，如果儀器所處海域污損程度高，而預設刮擦頻率低，則相關的光學窗口依然會被污損。銅罩法也是海洋光學窗口常用的防污損方式。由于銅在海水中易于腐蝕，產生的銅離子向海水中擴散，將對靠近光學窗口的海生物起到殺滅和驅趕的作用，從而抑制生物污損的發生。然而，此類方法也存在諸多缺點。首先，防污損的效果依賴于銅罩系統的外形設計，如若存在設計缺陷，則相應的銅罩難以起到有效的防污效果;再者，由于銅離子擴散濃度與銅罩距離相關，其防污效果只能在短距離內有效;第三，對于光學儀器而言，銅罩可能阻擋光路，從而影響傳感器的正常工作。
[0005]受控式電解海水產氯系統原理最早由法國國家科研中心研究者提出。從1998年開始，相關研究人員即利用ITO玻璃電解海水制氯進行防污損研究。當把普通玻璃和產氯ITO導電玻璃一起置于海水中掛樣90天時間，普通玻璃表面逐漸有污損生物附著，最后影響其透明的效果。然而，對于電解產氯ITO玻璃而言，即使經歷了90天的浸泡時間，玻璃表面依然光潔如初，這說明表面兒乎沒有污損生物的附著，從而證明在外界控制下電解產氯可以有效保護玻璃基體免于發生生物污損。
[0006]本課題組在前期工作中也據此原理開展了相關研究，發現單純ITO材料不能作為高效催化劑從海水中電解制氯。主要體現在以下方面:首先，ITO玻璃在海水中耐久性差，其導電性和電解效率很快退化。這是因為電解海水發生如下反應:2Cl—-2e = Cl2，而氯氣與水發生反應:Cl2+H20 = HCl+HC10，即陽極表面為酸性環境，而ITO溶于酸性環境中，故該電極在陽極電解海水過程中效率會很快降低;再者ITO電解產氯的過電位高，所需能耗高，這對海洋水下設備的長效運轉目標不利。為改善產氯效率，申請者前期研究中采用ITO表面負載Pt的方式并收到了顯著成效，主要體現為:(I)電解穩定性提高。惰性金屬Pt在表面形成保護層，有效阻隔Pt所覆蓋的ITO與外界酸性環境的接觸，從而保證ITO不被溶解，從而保持高的導電性；(2)產氯過電位顯著降低。析出氯氣電位由ITO的1.5V變為1.1V，降低了0.4V。然而此類材料依然存在不足，表現為:(I)構成的Pt/ITO以膜層的形式覆蓋了整個玻璃表面，而Pt本身為納米顆粒，對特定光波存在相互作用，故限制了在水下光學鏡頭中的使用。若采取減小Pt/ITO在表面覆蓋面積的方式，則相關電極在單位時間內產氯量不夠，達不到殺滅生物所需的最低濃度來避免污損。由于光學鏡頭處于開放的海水環境，故需要高的產氯效率，需要增大電極比表面積和增多析氯活性位點的方式得以實現。
【發明內容】
[0007]本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]1、本發明提供一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，包括電解產氯光學窗口和電源，電解產氯光學窗口通過電源控制開關與電源電性連接；
[0010]所述電解產氯光學窗口以透明基板為基底，基底的表面設有ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線與外部電源的正、負極相連。
[0011]優選，所述ITO陽極和/或ITO陰極兩端分別向內側彎折成環狀或半環狀布置在基底的表面。
[0012]優選，所述ITO陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列。
[0013]優選，所述ITO導電層表面沉積有析氯惰性金屬層，析氯惰性金屬層中所涉及的金屬通常為Pt。
[0014]所述ITO導電層表面沉積有惰性金屬層，惰性金屬層表面沉積有多孔導電層，多孔導電層表面沉積有析氯催化層;其中惰性金屬層中所涉及的惰性金屬為Pt、RU、Ir中的至少一種，多孔導電層為石墨烯層、碳納米管層、Naf1n復合層中的至少一種，析氯催化層為Pt、Ti02、Ru02中的至少一種。
[0015]優選，所述電源控制開關為可編程控制開關。
[0016]2、本發明還提供一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，包括如下步驟:
[0017]I)電解產氯光學窗口的制備
[0018]以透明基板作為電解產氯光學窗口的基底，在其表面構筑ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線；
[0019]2)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的組裝
[0020]將ITO陽極和ITO陰極各自引出的引線連接至電源的正、負極，將電源和電解產氯光學窗口組合為一體；
[0021]3)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的防污評價
[0022]將組裝好的防生物污損裝置浸泡于海水或含有目標生物的培養液中，在通電條件下，進行周期性電解產氯，獲取水下光學窗口的表面污損狀態。
[0023]優選，步驟I)中ITO導電層的構筑方法為:利用掩膜法結合ITO濺射在基底表面形成ITO陽極環和ITO陰極環。
[0024]優選，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成析氯惰性金屬層，析氯惰性金屬層中所涉及的金屬通常為Pt。
[0025]優選，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成惰性金屬層，在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層;其中惰性金屬層中所涉及的惰性金屬為Pt、Ru、Ir中的至少一種，多孔導電層為石墨稀層、碳納米管層、Naf 1n復合層中的至少一種，析氯催化層為Pt、Ti02、Ru02中的至少一種。
[0026]優選，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成惰性金屬層，在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層所采用的沉積方法為電化學沉積法、電泳沉積法或化學氣相沉積法。
[0027]優選，步驟I)中所述ITO陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列。
[0028]本發明的一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法與現有技術相比所產生的有益效果是:
[0029]1、IT0陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，陽極所產生的氯氣擴散到陰極區，使pH降低，避免ITO電極溶于酸性環境中，效率會很快降低。另外，氯氣可與陰極區富集的0H—反應生成NaC1，此殺菌劑更有利于生物的驅散，并避免因為陰極極化可能造成的海洋環境中某些電活性微生物在電極表面的附著；
[0030]2、IT0陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列，進一步增多了 ITO電極的析氯活性位點，提高了產氯效率；
[0031]3、本發明的電解產氯光學窗口，在ITO導電層表面沉積惰性金屬形成保護層，有效阻隔ITO導電層與外界酸性環境的直接接觸，從而保證ITO導電層不被溶解，從而保持高的導電性；
[0032]4、在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，并在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層，多孔導電層作為析氯催化劑的載體，利用其大的比表面積，使所負載的析氯催化劑增多，增多了析氯活性位點，使得產氯過電位顯著降低，析出氯氣電位由ITO電極的1.5V變為1.1V，降低了 0.4V，同時，也保證了裝置在單位時間內的產氯量，提高了產氯效率。
[0033]本發明電解產氯光學窗口表面所布設的ITO電極以環道狀電極對稱分布，而非光學窗口表面的全覆蓋方式，避免了納米顆粒對特定光波存在相互作用，滿足在水下光學鏡頭中使用的需求;通過沉積方法在光學窗口表面構建惰性金屬層、多孔導電層及析氯催化層，原位電解產氯氣，增加了ITO電極的比表面積，增多了析氯活性位點，保證了裝置在單位時間內的產氯量，提高了產氯效率，實現了光學窗口表面的防污損；同時，陰、陽兩極發生的電極反應及產物相互作用形成次氯酸根，擴散到電極臨近區域，可殺滅附著在玻璃表面的生物，進一步起到防止生物污損的效果。本發明的方法為長期服役于水下的光學儀器設備獲取高質量、高靈敏度的數據奠定基礎。應用本發明的防生物污損裝置，產氯量穩定、高效、可靠，可長期發揮較高的防止生物附著的效果。
【附圖說明】
[0034]附圖1是本發明電解產氯光學窗口的主視結構示意圖；
[0035]附圖2是本發明圖1中A部分的放大結構示意圖；
[0036]附圖3是本發明圖2中A部分的放大縱剖結構示意圖；
[0037]附圖4是本發明基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的結構示意圖；
[0038]附圖5是本發明發生的電極反應及產物相互作用示意圖；
[0039]附圖6本發明基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的制備流程示意圖；
[0040]附圖7是本發明在通電條件下，連續使用兩周后光學窗口的污損狀態圖；
[0041 ]附圖8是本發明在未通電條件下，連續使用兩周后光學窗口的污損狀態圖。
[0042]圖中，1、電解產氯光學窗口，2、IT0陰極環，3、引線，4、IT0陽極環，5、梳齒，6、Pt層(b)，7、石墨烯層，8、Pt層(a)，9、ITO導電層，10、基底，11、可編程控制開關，12、電源。注:圖
7、8中標尺均為500微米。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖1-8，對本發明的一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置和方法作以下詳細說明。
[0044]1、基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置
[0045]本發明的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，包括電解產氯光學窗口 I，其以透明基板為基底，基底的表面設有ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線與外部電源的正、負極相連。
[0046]本發明中所涉及的透明基板為光學玻璃，如可選用有機玻璃或無機玻璃。
[0047]本發明中，優選ITO陽極和ITO陰極兩端分別向內側彎折成環狀或半環狀布置在基底的表面，該環狀可以為圓環、方環或橢圓環，進一步優選ITO陽極環和ITO陰極環為同軸設置。
[0048]本發明中，優選ITO陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列。
[0049]本發明中，還可進一步在ITO導電層表面沉積析氯惰性金屬層，形成惰性金屬層修飾的ITO導電層，析氯惰性金屬層中所涉及的金屬通常為Pt，Pt層一方面用于形成保護層，避免ITO導電層不被溶解，另一方面，還可作為電化學催化劑，提高產氯效率。
[0050]本發明中，還可進一步在ITO導電層表面沉積惰性金屬層，惰性金屬層表面沉積多孔導電層，多孔導電層表面沉積析氯催化層。其中，惰性金屬層用于形成保護層，有效阻隔ITO導電層與外界酸性環境的直接接觸，多孔導電層作為析氯催化劑的載體，利用其大的比表面積，增多所負載的析氯活性位點。
[0051 ]本發明中，惰性金屬層中所涉及的惰性金屬為Pt、Ru、Ir中的至少一種，優選惰性金屬為Pt;多孔導電層為石墨稀層、碳納米管層、Naf 1n復合層中的至少一種，優選為石墨稀層;析氯催化層為Pt、T i02、Ru02中的至少一種，優選為Pt。
[0052]2、基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法
[0053]本發明的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，包括如下步驟:
[0054]I)電解產氯光學窗口的制備
[0055]以透明基板作為電解產氯光學窗口的基底，在其表面構筑ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線；
[0056]2)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的組裝
[0057]將ITO陽極和ITO陰極各自引出的引線連接至電源的正、負極，將電源和電解產氯光學窗口組合為一體；
[0058]3)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的防污評價
[0059]將組裝好的防生物污損裝置浸泡于海水或含有目標生物的培養液中，在通電條件下，進行周期性電解產氯，獲取水下光學窗口的表面污損狀態。
[0060]本發明步驟I)中ITO導電層的構筑方法為:利用掩膜法結合ITO濺射在基底表面形成ITO陽極環和ITO陰極環。
[0061]本發明步驟I)中，還可進一步在ITO導電層表面沉積析氯惰性金屬層，形成惰性金屬層修飾的ITO導電層。
[0062]本發明步驟I)中，還可進一步在ITO導電層表面沉積惰性金屬層，惰性金屬層表面沉積多孔導電層，多孔導電層表面沉積析氯催化層，形成析氯催化層/多孔導電層/惰性金屬層的三明治結構。
[0063]本發明中，在ITO導電層表面沉積形成惰性金屬層，在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層所采用的沉積方法為電化學沉積法、電泳沉積法或化學氣相沉積法。
[0064]本發明中，優選ITO陽極和ITO陰極兩端分別向內側彎折成環狀或半環狀布置在基底的表面，該環狀可以為圓環、方環或橢圓環，進一步優選ITO陽極環和ITO陰極環為同軸設置。
[0065]本發明步驟I)中，優選ITO陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列。
[0066]實施例一
[0067]如附圖1、2、3、4所示，本發明的一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，包括電解產氯光學窗口 I，其以無機玻璃為基底10，基底10的表面依次設有ITO導電層9、在ITO導電層9表面沉積形成的Pt層(a)8、在Pt層的表面沉積形成的石墨烯層7、在石墨稀層7表面沉積形成的Pt層(b) 6。
[0068]ITO導電層9包括兩對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和ITO陰極兩端向內側彎折成圓環狀布置在基底10的表面，形成ITO陽極環4和ITO陰極環2，ITO陽極環4和ITO陰極環2為同軸設置，且二者之間預留電極間隙，ITO陽極環4和ITO陰極環2的周向邊緣具有梳齒3，ITO陽極環4與ITO陰極環2的梳齒3相對交錯排列。ITO陽極環4和ITO陰極環2各自引出引線3與外部電源12的正、負極相連。
[0069]上述基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，還包括電源12，電解產氯光學窗口 I通過可編程控制開關11與電源12電連接。
[0070]需要說明的是，本實施例中，ITO陽極環4和ITO陰極環2各為兩個，ITO陽極環4為外環，ITO陰極環2為內環，反之亦可，內環為封閉環，在閉合環處引出一條引線3，外環為開放環，引線3自開放環兩端引出。
[0071 ] 本實施例中，電解產氯光學窗口 I表面所布設的ITO電極以環道狀電極對稱分布，而非光學窗口表面的全覆蓋方式。環道電極電解產生的氯氣以及后續反應生成的次氯酸根將擴散至電極的臨近區域，形成污損屏蔽區域，這既能實現防污效果，又可避免光學窗口的光路受到防污材料的負面影響。具體的:
[0072]將該防生物污損裝置集成于水下光學裝置中，其所需電能由電池提供，利用預先編好程序的可編程控制開關11控制電路的斷開與閉合進行間歇式電解海水，從而實現系統的低能耗。Pt層(a)8在ITO導電層9表面形成保護層，有效阻隔ITO導電層9與外界酸性環境的接觸，從而保證ITO電極不被溶解，從而保持高的導電性;Pt層(b)6作為電化學催化劑，石墨烯層7作為催化劑的載體，在低過電位下二者協同作用可陽極電解海水產生氯氣，陰極生成氫氧根離子，二者混合形成次氯酸根(如附圖5所示)，其產氯過電位顯著降低，析出氯氣電位由ITO電極的1.5V變為1.1V，降低了0.4V。隨著強氧化性的次氯酸根擴散到電極臨近區域，可殺滅附著在玻璃表面的生物，從而起到防止生物污損的效果。該方法對水下光學儀器提高數據采集質量、延長使用時間、降低維護費用等具有重要的意義。
[0073]需要說明的是，本發明中可編程控制開關11中所涉及的程序為本領域公知技術，在此不再贅述。
[0074]實施例三
[0075]如附圖6所示，本發明的一種基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，包括如下步驟:
[0076]I)基于電化學原位析氯的電解產氯光學窗口 I的制備
[0077]a、以有機玻璃作為電解產氯光學窗口 I的基底10，利用掩膜法結合ITO濺射在基底10表面構筑ITO導電層9，ITO導電層9包括兩對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和ITO陰極兩端向內側彎折成圓環狀布置在基底1的表面，形成ITO陽極環4和ITO陰極環2，IT0陽極環4和ITO陰極環2為同軸設置，且二者之間預留電極間隙，ITO陽極環4和ITO陰極環2的周向邊緣具有梳齒3，ITO陽極環4與ITO陰極環2的梳齒3相對交錯排列，ITO陽極環4和ITO陰極環2各自引出引線3。
[0078]b、采用電化學方法在ITO導電層9表面沉積Pt層(a)8，以提高ITO導電層9的導電性并形成惰性膜層保護ITO導電層9，具體的:在溶有Pt前驅物的水溶液中進行電化學沉積，通過改變電位、時間等參數，在ITO導電層9表面生成光滑平整的沉積物;在沉積過程中，利用電化學噪聲對電化學沉積過程進行原位跟蹤;本發明中Pt層(a)8電化學沉積條件為本領域公知技術。本實施例中，采用循環伏安法，以H2PtCl6為Pt前驅物，在-0.1V至-1.0V電位區間內，10?100mV/s掃速下，循環沉積1-100次。
[0079]c、利用電泳方法在Pt層(a) 8表面沉積石墨烯層7，本發明中石墨烯層7電泳沉積條件為本領域技術人員公知。本實施例中，以氧化石墨烯為電泳沉積液，電壓值在-1.0V至-1.5V區間內。
[0080]d、之后再采用電化學方法在石墨烯層7表面沉積Pt層(b)6，本發明中Pt層(b)6電化學沉積條件為本領域公知技術。本實施例中，采用循環伏安法，以H2PtCl6為Pt前驅物，在_
0.1V至-1.0V電位區間內，循環沉積1-100次。
[0081]該結構兼具高導電性、高催化性以及高穩定性，適合于海水中電解產氯以及產氫，并生成次氯酸鈉用于光學窗口的防污損。
[0082]2)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的組裝
[0083]將ITO陽極環4和ITO陰極環2各自引出的引線3經可編程控制開關11連接至電源12的正、負極，將電源12、可編程控制開關11和電解產氯光學窗口 I組合為一體。
[0084]3)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的防污評價
[0085]將組裝好的防生物污損裝置浸泡于海水或含有目標生物(如硅藻、藤壺)的培養液中，在通電條件下，進行周期性電解產氯，并利用顯微鏡獲取電解產氯光學窗口 I的表面污損狀態。
[0086]如附圖5所示，本發明的裝置電解產氯的原理為:
[0087]陰極:2Cr-2e—Cl2T，伴隨氯氣與水發生反應:C12+H20 = HC1+HC10
[0088]陽極:2H20+2e—20H—+H2T
[0089]由于ITO陽極環4和ITO陰極環2為同軸設置，且二者之間預留電極間隙，陽極所產生的氯氣擴散到陰極區，使PH降低，避免ITO電極溶于酸性環境中，效率會很快降低。另外，氯氣可與陰極區富集的0H—反應生成NaC1，此殺菌劑更有利于生物的驅散，并避免因為陰極極化可能造成的海洋環境中某些電活性微生物在電極表面的附著。
[0090]防污評價實驗例
[0091 ]如為了防止娃藻在電解產氯光學窗口 I結構上的附著，以含有娃藻的海水作為電解液，在通電條件下，連續投入使用2周后，將裝置從海水中取出，利用顯微鏡觀察電解產氯光學窗口 I的表面污損狀態，對比于未通電的光學窗口表面，污損狀態如圖7、8所不。
[0092]由圖7、8可知，通過電解海水生成有效氯可以有效的實現電解產氯光學窗口 I表面污損生物的附著，有效氯可以殺死附著在窗口的生物，達到防止生物污損鏡頭的目的，而沒有電解產氯的光學窗口表面遭受了嚴重的生物污損。說明該方法能夠作為實用手段用于光學玻璃的防海洋生物污損。
[0093]需要說明的是，在研究中發現陰極在析出氫氣的同時，呈現出較強的堿性(PH>
11)，如此高的堿性對適應于弱堿性海水環境的生物體而言無法接受，這對防污損有利。然而，溶液PH升高將導致表面生成Mg(OH)2XaCO3等沉積物。對此問題，我們在設計的裝置時采用半環道產氯氣-半環道產氯氣的方式，即將ITO陽極和或ITO陰極兩端分別向內側彎折成半環狀布置在基底10的表面。這樣就降低了電極表面積和析氯活性位點，同時陽極所產生的氯氣擴散到陰極區，使PH降低，避免沉積物產生。另外，氯氣可與陰極區富集的0H—反應生成NaC1，此殺菌劑更有利于生物的驅散，并避免因為陰極極化可能造成的海洋環境中某些電活性微生物在電極表面的附著。
【主權項】
1.基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，其特征在于，包括電解產氯光學窗口和電源，電解產氯光學窗口通過電源控制開關與電源電性連接； 所述電解產氯光學窗口以透明基板為基底，基底的表面設有ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線與外部電源的正、負極相連。2.根據權利要求1所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，其特征在于，所述ITO陽極和/或ITO陰極兩端分別向內側彎折成環狀或半環狀布置在基底的表面。3.根據權利要求1或2所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，其特征在于，所述ITO陽極和ITO陰極的周向邊緣具有梳齒，ITO陽極與ITO陰極的梳齒相對交錯排列。4.根據權利要求1或2所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，其特征在于，所述ITO導電層表面沉積有析氯惰性金屬層。5.根據權利要求1或2所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置，其特征在于，所述ITO導電層表面沉積有惰性金屬層，惰性金屬層表面沉積有多孔導電層，多孔導電層表面沉積有析氯催化層。6.基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)電解產氯光學窗口的制備 以透明基板作為電解產氯光學窗口的基底，在其表面構筑ITO導電層，ITO導電層包括至少一對ITO電極，每對所述ITO電極包括ITO陽極和ITO陰極，ITO陽極和/或ITO陰極兩端向內側彎折布置在基底的表面，ITO陽極和ITO陰極之間預留電極間隙，ITO陽極和ITO陰極各自引出引線； 2)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的組裝 將ITO陽極和ITO陰極各自引出的引線連接至電源的正、負極，將電源和電解產氯光學窗口組合為一體； 3)基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損裝置的防污評價 將組裝好的防生物污損裝置浸泡于海水或含有目標生物的培養液中，在通電條件下，進行周期性電解產氯，獲取水下光學窗口的表面污損狀態。7.根據權利要求6所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，其特征在于，步驟I)中ITO導電層的構筑方法為:利用掩膜法結合ITO濺射在基底表面形成ITO陽極環和ITO陰極環。8.根據權利要求6或7所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，其特征在于，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成析氯惰性金屬層。9.根據權利要求6或7所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，其特征在于，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成惰性金屬層，在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層。10.根據權利要求9所述的基于電化學原位析氯的水下光學窗口的防生物污損方法，其特征在于，步驟I)中在ITO導電層表面沉積形成惰性金屬層，在惰性金屬層表面沉積形成多孔導電層，在多孔導電層表面沉積形成析氯催化層所采用的沉積方法為電化學沉積法、電泳沉積法或化學氣相沉積法。
【文檔編號】C23C14/34GK105862067SQ201610272210
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】邱日, 鄭紀勇, 侯健
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所