重金属传感芯片的制作方法

本实用新型是关于水质检测技术领域，特别是关于一种重金属传感芯片。

背景技术：

重金属检测是用来反映水溶液中重金属离子(如铅、锌、镉等离子)浓度，单位为μg/L。浓度越高，水中重金属离子电流响应越大。重金属离子的溶出峰电流与水中重金属离子浓度成正相关，通过重金属离子的溶出峰电位可以区分重金属离子种类，分析水体污染特性，是水质国家标准中的一项重要指标。

发明人在实现本实用新型过程中发现目前传统的重金属检测都采用光学传感器或者电化学传感器。光学仪器尺寸大、设备昂贵、采样测试周期长。电化学传感器灵敏度不高，不适用于痕量重金属检测。

由于石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，石墨烯技术成为当前研究的重点，在此基础上还发展出多孔石墨烯，多孔石墨烯是在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料，不仅保留了石墨烯优良的性质，而且相比惰性的石墨烯表面，孔的存在促进了物质运输效率的提高，特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子/分子的作用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种重金属传感芯片，其能够提高重金属检测的灵敏度，结构小巧，成本低。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种重金属传感芯片，包括：绝缘衬底层、电极层、多孔石墨烯薄膜层、电极封装层。电极层覆盖在所述绝缘衬底层的表面，所述电极层包括对电极和连接在所述对电极上的对电极引线盘，所述电极层还包括工作电极和连接在所述工作电极上的工作电极引线盘。所述对电极为半封闭的圆环型结构，所述对电极引线盘从该圆环形结构的开口处沿第一方向延伸，所述工作电极为圆形结构且被所述对电极非接触式地包围，所述工作电极引线盘也沿第一方向延伸。多孔石墨烯薄膜层为圆形结构，覆盖在所述工作电极的表面。电极封装层覆盖在所述对电极引线盘和所述工作电极引线盘的表面。

在一优选的实施方式中，所述第一方向与所述半封闭的圆环形结构的对称轴的延伸方向相同。

在一优选的实施方式中，所述对电极、所述工作电极以及所述多孔石墨烯薄膜层三者的圆心在同一条直线上。

在一优选的实施方式中，所述绝缘衬底层为玻璃晶片、绝缘陶瓷片、绝缘印刷电路板或硅片。

在一优选的实施方式中，所述对电极的材料为金或铂。

在一优选的实施方式中，所述工作电极的材料为金或铂。

在一优选的实施方式中，所述电极封装层的材料为图案化聚合物。

在一优选的实施方式中，所述对电极和所述工作电极的厚度均为100nm～10um，所述电极封装层的厚度为10um～200um。

与现有技术相比，根据本实用新型的重金属传感芯片由于采用多孔石墨烯作为重金属敏感膜，在进行水质检测时，可以增强重金属富集效率，提高重金属检测的灵敏度，通过敏感膜的自更新，可长期使用，并且该芯片的结构设计小巧简单，可有效降低成本。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的重金属传感芯片的分解结构示意图；

图2是根据本实用新型一实施方式的重金属传感芯片的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了克服现有的重金属检测方式中所存在的缺点，发明人经过深入研究提出了一种新型的重金属检测方式，设计了一种重金属传感芯片，采用多孔石墨烯作为重金属敏感膜，在进行水质检测时，可以增强重金属富集效率，提高重金属检测的灵敏度，通过敏感膜的自更新，可长期使用，并且为之设计了更加紧凑小巧的结构，该重金属传感芯片可以由微机械加工工艺制备，体积小、可批量生产，制造成本低。

图1是根据本实用新型一实施方式的重金属传感芯片的分解结构示意图，图2是该实施方式的重金属传感芯片的整体结构示意图。

该重金属传感芯片包括：绝缘衬底层10、电极层11、多孔石墨烯薄膜层12、电极封装层13。

可选地，绝缘衬底层10可以是玻璃晶片、绝缘陶瓷片、绝缘印刷电路板或硅片。

电极层11覆盖在绝缘衬底层10的表面。电极层11包括对电极11a和连接在对电极11a上的对电极引线盘11b，电极层11还包括工作电极11c和连接在工作电极11c上的工作电极引线盘11d。具体地，电极层的材料为金或铂，厚度为100nm～10um。

对电极11a为半封闭的圆环型结构，对电极引线盘11b从该圆环形结构的开口处沿第一方向延伸，工作电极11c为圆形结构且被对电极11a非接触式地包围，工作电极引线盘11d也沿第一方向延伸。可选地，在本实施方式中，第一方向与半封闭的圆环形结构的对称轴的延伸方向相同。

多孔石墨烯薄膜层12为圆形结构，覆盖在工作电极11c的表面。

电极封装层13覆盖在对电极引线盘11b和工作电极引线盘11d的表面。具体地，电极封装层13的材料为图案化聚合物，如AZ1500、SU-8型号的光刻胶等，厚度可以为10um～200um。

优选地，对电极11a、工作电极11c以及多孔石墨烯薄膜层12三者的圆心在同一条直线上。

在进行重金属检测时，将该重金属传感芯片浸入至待测溶液中，并且保证对电极引线盘和工作电极引线盘电极不要接触待测溶液，采用外置的商用参比电极，在溶出伏安法中，测量工作电极与参比电极之间的溶出电流值，根据溶出电位区分重金属铅、锌、镉等离子，根据溶出电流对比标准溶液的标准曲线得到各类重金属离子的浓度数值。

根据本实用新型的重金属传感芯片通过采用多孔石墨烯作为重金属敏感膜，在进行水质检测时，可以增强重金属富集效率，从而提高重金属检测的灵敏度，通过敏感膜的自更新，可长期使用，并且该芯片的结构设计小巧简单，可有效降低成本。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。