以ZnO晶體為模型制備金屬微納米陣列電極的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種以ZnO晶體為模型制備金屬微納米陣列電極的方法，即運用ZnO晶體陣列作為模型，用光刻膠將其淹沒，待光刻膠穩(wěn)固后，溶掉ZnO，在溶掉ZnO后的孔洞中電沉積金屬晶體，獲得的金屬晶體具有ZnO的形貌，即六棱柱狀。該方法制得的微陣列電極具有微電極的特征，即傳質(zhì)速度快，易于達(dá)到穩(wěn)定電流，有較高信噪比，時間常數(shù)小，溶液電位降比較低，而且比微電極的響應(yīng)電流大。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微電極制作
，特別是一種以ZnO晶體為模型制備具有一定形貌的金屬微納米陣列電極的方法。
技術(shù)介紹
早在20世紀(jì)的60年代，微電極技術(shù)就以其優(yōu)良的電化學(xué)特性引起學(xué)者廣泛的關(guān)注，在20世紀(jì)70年代末開始成為電化學(xué)和電分析化學(xué)的前沿領(lǐng)域和研究熱點。當(dāng)電極的一維尺寸從毫米降低到微米級時，表現(xiàn)出常規(guī)電極無法比擬的許多優(yōu)良的電化學(xué)特性，如傳質(zhì)快，能迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流，電流密度大，電阻降低，時間常數(shù)小。微米電極體積小，適用于微體系和活體檢測。當(dāng)電極的尺寸進一步降低至微米級時，則出現(xiàn)不尋常的傳質(zhì)過程，乃至出現(xiàn)量子現(xiàn)象，帶來許多新的性質(zhì)，集中反映在極高的傳質(zhì)速率和極高的分辨率兩個方面。微米電極適用于高阻體系、超臨界液體、固體以及氣體介質(zhì)的研究，有利于異相和均相快速電化學(xué)反應(yīng)研究。在極小的電極表面會形成更小的晶核，使研究單一分子成為可能。它在納米生物傳感器、單細(xì)胞分析、微量和痕量檢測、電化學(xué)電催化和動力學(xué)等研究領(lǐng)域顯示出很大的潛在應(yīng)用價值。它大大拓展了實驗的時空局限，為在微觀上研究電化學(xué)過程提供了有效的手段。單個微電極的溶出電流通常非常小，組合式微電極使電流信號大大增加而又不失微電極的特性，因此在實際的工作中，常常采用組合式微電極。以微陣列電極為基礎(chǔ)的電極的各類化學(xué)傳感器發(fā)展相當(dāng)?shù)难杆伲F(xiàn)在正朝著微型化、集成化和智能化的方向發(fā)展。制備微陣列電極的方法有很多種，例如模板法，刻蝕法、光刻法等。模板法是選擇具有納米孔徑的多孔材料作為模板，在模孔內(nèi)合成納米陣列，然后組裝成納米陣列電極，目前使用最多的模板為聚碳酸酯濾膜和多孔氧化鋁膜；刻蝕法是基于化學(xué)腐蝕或光化學(xué)反應(yīng)，對材料進行加工的一種方法；光刻法通過光照和選擇性化學(xué)溶解光刻膠而得到陣列。授權(quán)公告號CN 101225515 (申請?zhí)?0071011345L 6)的中國專利文獻(xiàn)涉及一種金納米陣列電極的制備方法，其以聚碳酸酯濾膜為模板，經(jīng)過對聚碳酸酯濾膜進行化學(xué)鍍前處理、化學(xué)鍍、化學(xué)鍍后酸浸和清洗等處理，在前處理、酸浸和清洗各步操作中均輔以超聲波處理，化學(xué)鍍金后采用稀氰化鈉浸潤的脫脂棉輕擦濾膜的表而，再用甲醇清洗，利用機械作用和化學(xué)作用相結(jié)合的辦法，有效去除一表面的金膜，形成金納米陣列。公開號CN101493433A (申請?zhí)?00910096503. 2)的中國專利文獻(xiàn)公開了一種鍍金ZnO納米棒陣列電極以及制備該電極的方法，該鍍金ZnO納米棒陣列電極在有ZnO納米棒的一面鍍有金層，通過鍍金層改變鍍金ZnO納米棒陣列電極的導(dǎo)電性，使原有ZnO納米棒陣列電極由不導(dǎo)電向?qū)щ娹D(zhuǎn)變，使用該鍍金ZnO納米棒陣列電極做測試具有很高的靈敏度。申請公布號CN101969109 A (申請?zhí)?01010247604. 8)提供了一種樹枝狀二氧化鈦納米管陣列電極的制備工藝，具體為首先用陽極氧化法，以純鈦箔作陽極，氟化銨、乳酸和二甲亞楓混合液作電解質(zhì)預(yù)制備出二氧化鈦納米管陣列；然后，采用低溫液相法以鹽酸和TTIP的水溶液為生長液，在預(yù)制備的二氧化鈦納米管為寄宿骨架生長出帶樹枝狀二氧化鈦納米棒，從而得到所需樹枝狀二氧化鈦納米管陣列。授權(quán)公告號CN 1004957360 (申請?zhí)?00710040013.1)具體涉及一種具有電催化活性和光電活性的納米結(jié)構(gòu)有序TiO2/金屬陣列電極的制備方法。其制備過程分為二步用陽極氧化方法制備TiO2納米管，用陰極電化學(xué)還原方法在TiO2納米管內(nèi)沉積金屬。目前還沒有出現(xiàn)用某種晶體作為模型制備微納米陣列電極的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的制備金屬微納米陣列的方法，該方法利用ZnO晶體作為模型，以獲得具有規(guī)則六棱柱狀的金屬微納米陣列。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案，步驟如下(1)在基底上電沉積出ZnO晶體微納米陣列；(2)在ZnO晶體微納米陣列上甩一層光刻膠，將其覆蓋淹沒，熱處理，使光刻膠穩(wěn)固，然后浸入到相應(yīng)光刻膠的去膠液中浸泡，或用等離子體處理，除掉部分光刻膠，使ZnO晶體的頂端露出；(3)用酸或堿浸泡處理，將ZnO晶體除掉，剩下具有規(guī)則形狀孔洞的光刻膠層粘附在基底上；(4)然后將制得的樣品浸入到含有待沉積金屬的溶液中，用電沉積的方法沉積金屬，金屬晶體會在形成的孔洞中生長，但金屬晶體的長度不要超過孔洞的長度；(5)最后，用去膠液或等離子體將光刻膠除掉。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)中所用基底為ITO/玻璃基底。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(2)中所用光刻膠為Ultra-1 123、S1805或AZ系列光刻膠。Ultra-1 123光刻膠對應(yīng)的處理液為KOH溶液，優(yōu)選質(zhì)量濃度為O. 1-10%的KOH溶液。S1805光刻膠對應(yīng)的處理液為NaOH溶液，優(yōu)選質(zhì)量濃度為O. 1-10%的NaOH溶液。AZ系列光刻膠對應(yīng)的處理液為Na2CO3溶液，優(yōu)選質(zhì)量濃度為O. 1-10%的Na2CO3溶液。前面所述的方法,優(yōu)選的方案是,步驟(2)中所述浸泡時間是O. 5_20min。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(3)中所用的酸為鹽酸、硫酸或醋酸，更加優(yōu)選的，酸的濃度為O. 01 — 1M。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(3)中所用的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀等，更加優(yōu)選的，堿的濃度為1-3M。前面所述的方法,優(yōu)選的方案是,步驟(3)中所述待沉積金屬是N1、Co、Fe、B1、Au、Pt 或 Pt-Co。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)在導(dǎo)電且具有催化性的基底上電沉積出ZnO晶體微納米陣列配制I X 10_5-1 X IO-3M的鋅鹽，并加入一定量的鈉鹽或鉀鹽作為支持電解質(zhì)(優(yōu)選醋酸鋅或氯化鋅，支持電解質(zhì)為鈉鹽)，電解質(zhì)濃度為O.1M左右，水浴加熱50-90°C，用三電極體系(ΙΤ0為工作電極，Pt絲為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極)電沉積，設(shè)置電位_0. 6— -1. Ov,電沉積20-150min。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(2)在ZnO晶體微納米陣列上用甩膠機800— 3000轉(zhuǎn)/min甩一層Ultra-1 123、S1805、或AZ系列光刻膠等，將其覆蓋淹沒，60-90 °C熱處理5min_60min,使光刻膠穩(wěn)固，然后浸入到相應(yīng)光刻膠的處理液中浸泡O. 5-20min,或用氬、氧等離子體處理(時間60— 600s，功率30_200w，氣體壓力100-500pa，氣體流速200-400cm3/min)，除掉一層光刻膠；也可以在陣列上用甩膠機800—3000轉(zhuǎn)/min甩一層聚甲基丙烯酸甲酯/甲苯溶液，40— 70°C干燥1-3小時，用氬或氧等離子體處理(時間60— 600s，功率30-200w，氣體壓力100_500pa，氣體流速200_400cm3/min),使ZnO晶體的頂端露出。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(3)用O. 01—O. 3M鹽酸、硫酸或醋酸等，或用O. 1-3M的氫氧化鈉、碳酸鈉等浸泡處理，將ZnO晶體除掉，剩下一層具有規(guī)則六棱柱孔洞的光刻膠層粘附在基底上。前面所述的方法，優(yōu)選的方案是，步驟(4)將制得的樣品浸入到含有待沉積金屬的溶液中，對該溶液的要求是不可過酸或過堿，要保證不能腐蝕到所選用的光刻膠。電沉積液的配制千差萬別，用量、濃度等均沒有特殊要求。用本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
以ZnO晶體為模型制備金屬微納米陣列電極的方法，其特征是，步驟如下：（1）在基底上電沉積出ZnO晶體微納米陣列；（2）在ZnO晶體微納米陣列上甩一層光刻膠，將其覆蓋淹沒，熱處理，使光刻膠穩(wěn)固，然后浸入到相應(yīng)光刻膠的去膠液中浸泡，或用等離子體處理，除掉部分光刻膠，使ZnO晶體的頂端露出；（3）用酸或堿浸泡處理，將ZnO晶體除掉，剩下具有規(guī)則形狀孔洞的光刻膠層粘附在基底上；（4）然后將制得的樣品浸入到含有待沉積金屬的溶液中，用電沉積的方法沉積金屬，金屬晶體會在形成的孔洞中生長，但金屬晶體的長度不要超過孔洞的長度；（5）最后，用去膠液或等離子體將光刻膠除掉。

【技術(shù)特征摘要】
1.以ZnO晶體為模型制備金屬微納米陣列電極的方法，其特征是，步驟如下 (1)在基底上電沉積出ZnO晶體微納米陣列； (2)在ZnO晶體微納米陣列上甩ー層光刻膠，將其覆蓋淹沒，熱處理，使光刻膠穩(wěn)固，然后浸入到相應(yīng)光刻膠的去膠液中浸泡，或用等離子體處理，除掉部分光刻膠，使ZnO晶體的頂端露出； (3)用酸或堿浸泡處理，將ZnO晶體除掉，剩下具有規(guī)則形狀孔洞的光刻膠層粘附在基底上； (4)然后將制得的樣品浸入到含有待沉積金屬的溶液中，用電沉積的方法沉積金屬，金屬晶體會在形成的孔洞中生長，但金屬晶體的長度不要超過孔洞的長度； (5)最后，用去膠液或等離子體將光刻膠除棹。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，步驟(1)中所用基底為ITO/玻璃基底。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，步驟(2)中所用光刻膠為Ultra-i123、S1805或AZ系列光刻膠。4.根據(jù)權(quán)利要求3所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉繼鋒，孟凡軍，
申請(專利權(quán))人：聊城大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：