一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于重金属检测传感器领域，涉及丝网印刷电极，尤其涉及一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极及其加工方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着食品、环境监测等领域内重金属超标事件频发，人们对食品安全、环境卫生问题越来越重视，同时，人们也强烈需要一种能够快速、方便、携带、准确的监测重金属的分析手段。重金属离子传感器便成为人们快速检测的首要之选，丝网印刷电极作为一种制作简单、可批量生产、价廉、检测重现性好、灵敏度高的可一次性使用的电极，解决了重金属离子传感器在线监测由环境引起的响应稳定性、重现性和检测物污染等问题，大大拓展了电化学分析法在食品、环境监测等领域内的研究及应用拓展。
[0003]现阶段，重金属离子传感器所用的丝网印刷电极多为银浆或碳浆。银浆成本较高，在丝网印刷电极使用过程中不易回收且易造成二次重金属污染。然而，利用碳浆制备丝网印刷电极时，由于碳浆电阻较大，且印刷电极表面较为粗糙，电流分布不均匀，不利于灵敏度的提高。为此，人们通过各种办法，来解决传统丝网印刷电极的问题，例如，国家知识产权局就公开了一种一种丝网印刷电极、制备工艺及其应用{申请号:200810032125.7}，该丝网印刷电极，所用丝网印刷过程中采用的丝网具有如下性质:丝网与刷子的材料分别为聚酯和塑料，丝网目数为50目；丝网与基底的距离为d = 3mm.采用100目钛粉，纳米氧化钛的粒径20nm(钛粉和纳米氧化钛的质量比为90:10)。印刷时刷子所采用的角度为45°。本实施例的丝网印刷电极基片材料是聚醚醚酮(PEEK)。在印制电极的基片6上单独印刷钛粉/纳米氧化钛工作电极2，基片上还印制有一电极规范层7 ;在基片5上印制有2个电极，分别是碳辅助电极和Ag-AgCl参比电极，各电极对应连接有一电极引线，所述的基片上还印制有两个电极规范层3和4。两个基片采用防水硅橡胶粘合到一起。此方法在一定程度上加速了电子传递和催化活性，但其电子传递和催化活性效果提升有限，且制备成本较高、制备工艺较为繁琐，从而增加生产成本，降低生产效率。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述的电子传递和催化活性效果提升有限、制备成本较高、制备工艺较为繁琐等技术问题，提出一种设计合理、结构简单、成本低廉、加工方便且电子传递和催化活性效果好的一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极及其加工方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极，包括基片，所述基片上印刷有工作电极、对电极以及导电引线，所述工作电极与导电引线以及对电极与导电引线之间电性连通，所述工作电极与导电引线以及对电极与导电引线之间通过引线电性连通，所述工作电极、对电极、导电引线以及引线的材质均为石墨稀导电油墨。
[0006]作为优选，所述基片上还印刷有参比电极。
[0007]作为优选，所述参比电极的材质为银浆和氯化银浆的混合物。
[0008]作为优选，所述引线的上方还覆盖有一层绝缘层。
[0009]本发明还提供了加工上述一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极的方法，包括以下步骤:
[0010]a、基片处理:将裁减好的基片先用丙酮超声清洗，然后用无水乙醇超声清洗，自然晾干；
[0011]b、电极印刷:以石墨烯导电油墨为电极材料，在基片上印刷工作电极、对电极、导电引线以及引线，印刷完毕后，送入烘箱内，烘干；
[0012]c、参比电极印刷:以银浆和氯化银浆的混合物为参比电极材料，在基片上印刷参比电极，印刷完毕后，送入烘箱内，烘干；
[0013]d、绝缘层印刷:以绝缘油墨为绝缘层材料，在基片上印刷绝缘层，绝缘层除了工作电极、对电极、导电引线以及参比电极以外的地方均覆盖印刷，印刷完毕后，送入烘箱内，烘干，至此丝网印刷电极完成。
[0014]e、修饰电极:将聚苯乙烯磺酸盐与氨基水杨酸配置成0.1?10mg/mL分散液，待配置完成后，将配置好的分散液滴涂在丝网印刷电极的工作电极表面，自然晾干。
[0015]f、电极活化:将修饰工作电极放置在硫酸或醋酸缓冲溶液中或碳酸盐缓冲溶液中浸泡，采用循环伏安法，待电化学信号稳定，用二次蒸馏水冲洗，烘干即可。
[0016]作为优选，所述a步骤中，将裁减好的基片先用丙酮超声清洗1?3次，每次清洗5?15min，以清除其表面的污垢，然后用无水乙醇超声清洗1?3次，每次清洗5?15min，自然晾干。
[0017]作为优选，所述聚苯乙烯磺酸盐与氨基水杨酸之间的配比为1:10?10:1。
[0018]作为优选，所述e步骤中，取2?20 μ L的配置好的分散液滴涂在丝网印刷电极的工作电极表面，自然晾干。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
[0020]1、本发明利用石墨烯具有较大的比表面积、较高的电催化和电化学活性，使其作为工作电极、对电极、导电引线以及引线的材质，进而提高待检测分子或离子在电极反应界面上的电子传递性能，同时利用石墨烯导电油墨制备的丝网印刷电极既有利于重金属离子的吸附，又有利于表面功能化的修饰。
[0021]2、本发明在利用石墨烯作为电极材料的同时，简化印刷步骤，通过简化印刷步骤，进而降低生产成本、提高工作效率。
[0022]3、本发明将聚苯乙烯磺酸盐与氨基水杨酸配置成修饰电极的分散液，进而提高了电极的灵敏度，通过对工作电极的活化，进而提高了整个丝网印刷电极的稳定性和重现性。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为实施例1提供的丝网印刷电极的结构示意图；
[0025]图2为实施例2提供的丝网印刷电极循环伏安图的结构示意图；
[0026]以上各图中，1、基片；2、工作电极；3、对电极；4、导电引线；5、引线；6、参比电极；
7、绝缘层。
【具体实施方式】
[0027]为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
[0029]石墨烯具有较大的比表面积、较高的电催化和电化学活性。在重金属离子检测传感器领域中，石墨烯的应用能提高待检测分子或离子在电极反应界面上的电子传递性能，进而极大地提高了传感器的性能。此外，石墨烯的边缘和缺陷部位具有较高的活性，特别是通过化学氧化法制得的氧化石墨烯含有大量的含氧基团，如-C00H、-C = 0、_0H等活性含氧官能团。因此石墨稀或氧化石墨稀复合材料可作为新型的修饰电极材料。
[0030]实施例1，如图1所示，本实施例提供一种基于石墨烯导电油墨的丝网印刷电极，包括基片，基片的形状为市场上常见的基片的形状，基片材料选取范围广泛，任何可用于丝网印刷的绝缘材料都可用于电极基片，优选聚氯乙(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)或PET塑料等，基片上印刷有工作电极、对电极以及导电引线(具体布局方式如图1中a图所示，此类布局方式也为市场上常见的布局方式，当然也可以采用其他的布局方式)，本实施例所提供的丝网印刷电极为三电极结构，工作电极与导电引线以及对电极与导电引线之间电性连通，工作电极与导电引线以及对电极与导电引线之间通过引线(引线也可以归为导电引线，在本实施例中，为了好表述，将引线与导电引线分开描述)电性连通，工作电极、对电极、导电引线以及引线的材质均为石墨烯导电油墨，当然也可以只有工作电极和对电极的材料选用石墨烯导电油墨，在本实施例中，所用石墨烯导电油墨为济宁利特纳米公司所生广的石墨稀导电油墨。
[0031]为了更好的测量工作电极的电势，在本实施例中，在基片上还印刷了参比电极(具体位置如图1中b图所示)，在本实施例中，为了能够更好的测量，提高准确度，参比电极的材质为银浆和氯化银浆的混合物。
[0032]同样，为了保护电极，在本实施例中，在基片上还印刷了绝缘层，如图1中c图所示，绝缘层主要覆盖了引线的上方以及基片上除去工作电极、对电极、导电引线(导电引线以及与导电引线属于同一矩形区域