专利名称：形状可控的纳米级金微带电极的制备方法
技术领域：
本发明属于形状可控的的纳米级金微带电极的制备方法。
背景技术：
微电极是指电极的一维尺寸为微米或纳米级的一类电极，当电极的一维尺寸从毫米级降至微米或纳米级时，表现出许多不同于常规电极的优良的电化学特性微电极固有的很小的RC时间常数使之可以用来对快速、暂态电化学反应进行研究；微电极上小的极化电流降低了体系的IR降，使之可以用于高电阻的体系中，包括低支持电解质浓度甚至无支持电解质溶液、气相体系、半固态和全固态体系，这些特性为人们对物质的微观结构进行探索提供了一种有力手段。根据电极表面几何形状的不同，微电极可以划分为不同的类型，其中一种电极表面为带状的称为微带电极，它的宽度在纳米—微米级，长度通常为毫米级，具有微电极的特性且产生的电流较大，常规的伏安仪可以测量其信号，故有利于分析应用。
Ingrid Fritsch[Anal.Chem.70，2908，1998]用影印石版术、离子溅射结合热和化学沉积制备出了纳米级微带电极，但其所需仪器昂贵，操作复杂，制作比较困难。R.M.Wightman[Anal.Chem.57，1984，2101]和A.J.Bard[Anal.Chem.59，1987，2101]等人在云母的表面上蒸镀一层纳米厚度的金膜，封装后制备出纳米级金微带电极。该方法比较简单，不需要昂贵的仪器，但是存在以下缺点云母片很薄且易碎，电极较难制备；电极不能研磨，表面很难处理干净，重现性差；电极的形状固定，只能是线性。
发明内容
本发明的目的是提供一种形状可控的纳米级金微带电极的制备方法。
本发明先在新揭开的云母片上将聚酰亚胺成膜，然后将其揭下，在聚酰亚胺膜的表面蒸镀一层金。用锋利的刀片将蒸金的聚酰亚胺膜裁成试验所需的形状，插入玻璃管中，金膜的一端用银导电胶联接铜线引出，另一端用环氧胶密封，放置室温下固化。将固化好的微带电极用砂纸研磨抛光以露出电极表面，然后进行预处理和表征。该制备方法相对简单；通过改变蒸镀金后的聚酰亚胺膜截面的形状制成多种表面形貌的电极；电极制备不受云母片易碎的限制；通过研磨可以重复使用。
本发明的方法采用以下3个步骤进行(1)聚酰亚胺在新揭开的云母片上成膜将聚酰胺酸溶液涂在云母上放入80℃干燥箱中干燥12小时，然后放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联10-50分钟，再升温至260-300℃保持2-8小时，生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温，将聚酰亚胺膜从云母上揭下；(2)聚酰亚胺薄膜上蒸镀金膜将聚酰亚胺和云母接触的那一面蒸镀一层金膜，金膜的厚度能够控制在20-100纳米之间，膜的厚度用电镜测量；(3)电极材料的固化和封装用锋利的刀片将蒸有金膜的聚酰亚胺裁成试验所需的形状，插入玻璃管中用模板控制薄膜的截面形状，金膜一端用铜线利用银导电胶联接引出，另一端注入环氧胶封装，放置室温下固化8-14小时；(4)微带电极表面的预处理和表征将固化好的微带电极先在粗砂纸上磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，然后依次用0#，03#的金相砂纸将电极表面磨平抛光，用二次水冲洗电极表面，在5mmol/L的Fe(CN)63-的水溶液中做循环伏安，支持电解质是1mol/L的KCl，电势范围0.6-0V，扫速为0.01V/s，参比电极是Ag/AgCl。检测循环伏安图形是否是标准的S形，如果为标准的S形，表明该微带电极的制备是成功的，可以用于实际的电化学实验中；如果循环伏安图不是为标准的S形，继续研磨抛光电极，清洗，超声，直到循环伏安图呈现标准的S形。试验完毕后用二次水清洗电极表面，恢复电极本身的清洁状态，电极通过研磨抛光可以重复使用。
具体实施例方式
下面列举的实施例是效果较佳的操作，并不是用来限制本发明的权利要求范围，因为按发明内容部分的描述，就可以实现本发明。
实施例1线型纳米级金微带电极的制备。将聚酰胺酸溶液涂在云母上放入80℃干燥箱中干燥12小时，然后放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联半小时，再升温至280℃保持4小时，生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温，将聚酰亚胺膜从云母上揭下蒸镀一层金膜，电镜测试金膜的厚度是36纳米，用刀片将蒸镀有金膜的聚酰亚胺裁成细条后插入玻璃管中，用模板控制细条的截面形状为线型，金膜的一端用银导电胶联接铜线引出，另一端注入环氧胶封装固化12小时，将固化好的微带电极先在粗砂纸上磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，然后依次用0#，03#的金相砂纸将电极表面磨平抛光，用二次水冲洗电极表面，在5mmol/L的Fe(CN)63-的水溶液中做循环伏安，支持电解质是1mol/L的KCl，电势范围0.6-0V，扫速为0.01V/s，参比电极是Ag/AgCl。检测循环伏安图形是标准的S形，表明纳米级金微带电极的制备是成功的。
实施例2环型纳米级金微带电极的制备。将聚酰胺酸溶液涂在云母上放入80℃干燥箱中干燥12小时，然后放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联半小时，再升温至280℃保持4小时，生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温，将聚酰亚胺膜从云母上揭下蒸镀一层金膜，电镜测试金膜的厚度是56纳米，用锋利的刀片将蒸有金膜的聚酰亚胺裁成细条后插入玻璃管中，用模板控制细条的截面形状为环型，金膜的一端用银导电胶联接铜线引出，另一端注入环氧胶封装固化12小时，将固化好的微带电极先在粗砂纸上磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，然后依次用0#，03#的金相砂纸将电极表面磨平抛光，用二次水冲洗电极表面，在5mmol/L的Fe(CN)63-的水溶液中做循环伏安，支持电解质是1ol/L的KCl，电势范围0.6-0V，扫速为0.01V/s，参比电极是Ag/AgCl。检测循环伏安图形是标准的S形，表明纳米级金微带电极的制备是成功的。
实施例3弧型纳米级金微带电极的制备。将聚酰胺酸溶液涂在云母上放入80℃干燥箱中干燥12小时，然后放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联半小时，再升温至280℃保持4小时，生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温，将聚酰亚胺膜从云母上揭下蒸镀一层金膜，电镜测试金膜的厚度是56纳米，用锋利的刀片将蒸有金膜的聚酰亚胺裁成细条后，用模板控制细条的截面形状为弧型，金膜的一端用银导电胶联接铜线引出，另一端插入玻璃管中，注入环氧胶封装固化12小时，将固化好的微带电极先在粗砂纸上磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，然后依次用0#，03#的金相砂纸将电极表面磨平抛光，用二次水冲洗电极表面，在5mmol/L的Fe(CN)63-的水溶液中做循环伏安，支持电解质是1mol/L的KCl，电势范围0.6-0V，扫速为0.01V/s，参比电极是Ag/AgCl。检测循环伏安图形是标准的S形，表明纳米级金微带电极的制备是成功的。
权利要求
1.一种纳米级金微带电极的制备方法，主要步骤为a)将聚酰胺酸溶液涂在云母上放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联10-50分钟，升温至260-300℃保持2-8小时，生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温，将聚酰亚胺膜从云母上揭下；b)将聚酰亚胺和云母接触的一面蒸镀一层金膜，金膜的厚度为20-100纳米；c)将蒸有金膜的聚酰亚胺裁成所需的形状，插入玻璃管中用模板固定，金膜的一端用银导电胶联接铜线引出，另一端注入环氧胶封装，放置室温下固化8-14小时；d)将固化好的微带电极磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，将电极表面磨平抛光，清洗电极表面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中聚酰胺酸溶液涂在云母上于60-80℃干燥8-14小时后再放入真空干燥箱中热交联。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中金膜的厚度用电镜测量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中所述的薄膜截面形状用模板控制。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述的形状为线形、环形或弧形。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d所述的清洗电极表面是用二次水冲洗。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金微带电极通过研磨抛光可以重复使用。
全文摘要
一种纳米级金微带电极的制备方法，将聚酰胺酸溶液涂在云母片上，放入真空干燥箱中分别在80℃、100℃、140℃、200℃热交联10－50分钟，再升温至260－300℃保持2－8小时后生成聚酰亚胺薄膜，冷却至室温后将聚酰亚胺膜从云母上揭下，蒸镀上一层金膜，金膜的厚度用电镜测试；将蒸有金膜的聚酰亚胺膜裁成试验所需的形状，插入玻璃管中用模板固定，薄膜的一端用铜线利用银导电胶联接引出，另一端注入环氧胶封装，放置室温下固化8－14小时，将固化好的金微带电极先在粗砂纸上磨掉玻璃管外多余的环氧胶，露出电极表面，然后用金相砂纸将电极表面磨平抛光，二次水冲洗。本发明可用于实际的电化学实验中。
文档编号G01N27/36GK1544929SQ20031011583
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者董绍俊, 赵峰, 王鸣魁, 陈红军 申请人:中国科学院长春应用化学研究所