一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，该电极包括覆盖有一层纳米级厚度工作金膜（2）和引脚金膜（3）的基片（1），该引脚金膜（3）与外包有塑料绝缘层（4）的金属丝导线（5）通过焊锡（6）相连接；所述基片（1）的制备是采用磁控溅射镀膜法，即在抛光的硅硼酸盐基板（11）上逐步溅射沉积二氧化锡膜层（12）、金属铬膜层（13）、铜锰合金膜层（14）；铜锰合金膜层（14）经抛光处理后，再采用掩膜版法在其表面上溅射沉积工作金膜（2）和引脚金膜（3），所沉积金膜的厚度为20~400nm。该纳米金膜电极制作简单、成本低廉、使用方便，且金膜工作面积大、平整度高、易进行表面修饰，优于传统电化学的金盘电极。
【专利说明】—种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，是基于纳米级厚度金膜修饰的传感检测芯片电极，该电极可作为电化学测试用的工作电极。
【背景技术】
[0002]电化学工作电极除了玻碳电极、钼盘电极外，还有金盘电极等。金盘工作电极中金的纯度要求达到99.95%以上，金盘的直径一般为2mm及以上，厚度为1mm左右，与铜棒焊接连接，外套为聚四氟乙烯高分子材料，制作程序比较复杂，消耗黄金、聚四氟乙烯等材料，致使电极成本很高，且金盘的工作面积也较小，在电化学修饰与分子固定方面的接触面积较小，致使金表面分子的修饰量和固定量不多。为此，本发明提出了一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，该电极的金膜工作面积大，金的厚度可以根据需要自由控制，在几十至数百纳米级，制备时实际消耗的黄金量远小于金盘电极，成本很低；而且，该电极所沉积的金膜表面光滑平整，适合于进行表面修饰与分子固定等处理，优于传统电化学的金盘电极；作为电化学测试用的工作电极，其通用性很强，在电化学、生物医学、农业与环境监测等领域中具有非常重要的应用前景。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单、成本低廉的基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，可作为电化学测试用的工作电极。
[0004]为了达到上 述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，其特征在于该电极包括覆盖有一层纳米级厚度工作金膜和引脚金膜的基片，该引脚金膜与外包有塑料绝缘层的金属丝导线通过焊锡相连接，连接处用环氧树脂胶包裹密封。其中，所述金属丝导线的材料为铜丝、铝丝或银丝，以保证良好的导电、导通性；所述基片的形状为长方形，长为3~18mm，宽为2~12mm，其四周边缘均用环氧树脂胶包裹密封；工作金膜的形状为正方形，边长为2~12mm ;引脚金膜的形状为小长方形,长为6mm,宽为l~4mm。
[0005]所述基片的制备过程如下:采用磁控溅射镀膜法，通过控制镀膜真空度≤2.0X10—3 Pa，镀膜速度≤2.0 A/s，在抛光的硅硼酸盐基板表面上逐步溅射沉积二氧化锡膜层、金属铬膜层、铜锰合金膜层；铜锰合金膜层经抛光处理后，再采用掩膜版法在其表面上溅射沉积工作金膜和引脚金膜。而且，在抛光的硅硼酸盐基板表面上逐步溅射沉积的二氧化锡膜层的厚度为6(T400nm，金属铬膜层的厚度为2(Tl00nm，铜锰合金膜层的厚度为6(T400nm。尤其是，铜锰合金膜层经抛光处理后，在其表面上所沉积工作金膜和引脚金膜的厚度为2(T400nm，从而构成一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极。此外，铜锰合金膜层材料的各组分的质量百分比分别为:Cu 72~82%、Mn 8~18%、Fe 3~6%、Si < 3.5%、C ^ 0.45%, P(0.07%、S ≤ 0.03%。
[0006]在电极的设计上，与传统电化学测试用的金盘工作电极不同，本发明设计的纳米金膜电极的金膜工作面积大，可以根据需要自由控制金膜的沉积厚度，如控制在几十至数百纳米，因而制备时实际消耗昂贵的黄金总量远小于相应的金盘电极，成本可控制得很低。而且，该电极所沉积的金膜表面光滑平整，适合于进行表面修饰与分子固定等化学生物反应处理，通用性很强，优于传统的电化学金盘电极，作为电化学工作电极在电化学、生物医学、农业与环境监测等领域中具有非常重要的应用前景和应用价值。
[0007]本发明的有益效果是，该纳米金膜电极制作简单、成本低廉、使用方便，且金膜工作面积大、平整度高、易进行表面修饰，通用性很强，优于传统电化学的金盘电极。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0009]附图1是基于硅硼酸盐的纳米金膜电极的平面结构示意图。
[0010]附图2是基于硅硼酸盐的纳米金膜电极基片的刨面结构示意图。
[0011]附图1中，1.基片，2.工作金膜，3.引脚金膜，4.塑料绝缘层，5.金属丝导线，
6.焊锡，7.环氧树脂胶。
[0012]附图2中，11.硅硼酸盐基板，12.二氧化锡膜层，13.金属铬膜层，14.铜锰合
金膜层。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，该电极包括覆盖有一层纳米级厚度工作金膜2和引脚金膜3的基片1，该引脚金膜3与外包有塑料绝缘层4的金属丝导线5通过焊锡6相连接，连接处用环氧树脂胶7包裹密封；其中，金属丝导线5采用铜丝，以保证良好的导电、导通性；基片I的形状为长方形，长为9_，宽6_，其四周边缘均用环氧树脂胶包裹密封；工作金膜2的形状为正方形，边长为6mm ;引脚金膜3的形状为小长方形，长为3mm,宽为 1mnin
[0014]如图2所示，对于基于硅硼酸盐的纳米金膜电极的基片1，其制备过程如下:采用磁控溅射镀膜法，控制镀膜真空度为1.2X 10_3 Pa，镀膜速度为1.5 A/s，在抛光的硅硼酸盐基板11表面上逐步溅射沉积二氧化锡膜层12、金属铬膜层13、铜锰合金膜层14 ;铜锰合金膜层14经抛光处理后，再采用掩膜版法在其表面上溅射沉积工作金膜2和引脚金膜3 ;其中，二氧化锡膜层12的厚度为180nm，金属铬膜层13的厚度为40nm，铜锰合金膜层14的厚度为240nm ;工作金膜2和引脚金膜3的厚度为lOOnm，从而构成一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极。此外，铜锰合金膜层14材料的各组分的质量百分比分别为:Cu 78%,Mn 13%,Fe
5.4%、Si 3.1%、C ≤ 0.4%、P ≤ 0.07%、S ≤ 0.03%。
[0015]值得注意的是，所制备的基于硅硼酸盐的纳米金膜电极的金膜工作面积很大，各膜层沉积厚度容易控制，消耗昂贵的金的量也远小于金盘电极，因此制作成本相当低廉；而且，基片I的金膜表面非常光滑平整，适合于进行表面修饰与分子固定等化学生物反应处理，其作为电化学工作电极的通用性很强，优于传统的电化学金盘电极，在电化学、生物医学、农业与环境监测等领域中具有非常重要的使用价值和应用前景。
【权利要求】
1.一种基于硅硼酸盐的纳米金膜电极，其特征在于该电极包括覆盖有一层纳米级厚度工作金膜(2)和引脚金膜(3)的基片(1)，该引脚金膜(3)与外包有塑料绝缘层(4)的金属丝导线(5 )通过焊锡(6 )相连接，连接处用环氧树脂胶(7 )包裹密封。
2.根据权利要求1所述的纳米金膜电极，其特征在于所述基片(I)的形状为长方形，长为3~18mm，宽为2~12mm，其四周边缘均用环氧树脂胶包裹密封；工作金膜(2)的形状为正方形，边长为2~12mm ;引脚金膜(3)的形状为小长方形,长为宽为1~4_。
3.根据权利要求1所述的纳米金膜电极，其特征在于所述金属丝导线(5)的材料为铜丝、铝丝或银丝。
4.根据权利要求1所述的纳米金膜电极，其特征在于所述基片(I)的制备过程如下:采用磁控溅射镀膜法，通过控制镀膜真空度≤2.0 X 10_3 Pa，镀膜速度≤2.0 A/s，在抛光的硅硼酸盐基板(11)表面上逐步溅射沉积二氧化锡膜层(12)、金属铬膜层(13)、铜锰合金膜层(14);铜锰合金膜层(14)经抛光处理后，再采用掩膜版法在其表面上溅射沉积工作金膜(2)和引脚金膜(3)。
5.根据权利要求4所述的纳米金膜电极，其特征是:在抛光的硅硼酸盐基板(11)表面上逐步溅射沉积的二氧化锡膜层(12)的厚度为6(T400nm，金属铬膜层(13)的厚度为2(Tl00nm，铜锰合金膜层(14)的厚度为6(T400nm。
6.根据权利要求4所述的纳米金膜电极，其特征是:铜锰合金膜层(14)经抛光处理后，在其表面上所沉积工作金膜(2)和引脚金膜(3)的厚度为2(T400nm。
7.根据权利要求4所述的纳米金膜电极，其特征在于铜锰合金膜层(14)材料的各组分的质量百分比分别为:Cu 72~82%、Mn 8~18%、Fe 3~6%、Si ≤ 3.5%、C ^ 0.45%,P ^ 0.07%,S ≤ 0.03%。
【文档编号】G01N27/30GK103792273SQ201410066303
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】曹忠, 谢晶磊, 寻艳, 陈丹, 曾巨澜, 孙立贤 申请人:长沙理工大学