專利名稱：一種超微環(huán)電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)檢測元件，特別涉及一種超微環(huán)電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在超微環(huán)電極制備過程中，通常要采用真空噴鍍、涂覆金屬有機(jī)化合物、氣體熱解和化學(xué)鍍等工藝在絲狀絕緣基底上被覆所需要的電極薄膜和絕緣薄膜。現(xiàn)有的方法是將被覆電極材料的絲狀基底插入細(xì)玻璃管中，用環(huán)氧樹脂在圓周方向上將電極材料絕緣，然后加工出環(huán)電極的電極表面[參見L.S.Kuhn等，Anal.Chem.1990，62，1631-1636]；或者，采用電泳漆作為超微環(huán)電極的絕緣材料[參見Y.Lee等，Anal.Chem.2002，74，3626-3633]。這些方法存在的缺點(diǎn)是由于采用環(huán)氧樹脂在細(xì)玻璃管中實(shí)現(xiàn)對(duì)電極材料圓周方向上的絕緣，所以難以制備整體尺寸較小的超微環(huán)電極，同時(shí)環(huán)氧樹脂在某些使用環(huán)境和條件下存在著絕緣特性退化的問題；而以電泳漆作為絕緣材料不適合在較正或較負(fù)的電位下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種基于微電子加工技術(shù)的超微環(huán)電極及其制備方法，所制備的超微環(huán)電極具有整體尺寸小、精度高、絕緣性好的特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種超微環(huán)電極，包括一絕緣檔塊、貫穿于該絕緣擋塊中心的絲狀基底、與絕緣擋塊連為一體的套筒、設(shè)置在套筒內(nèi)的導(dǎo)線，所述的絲狀基底的圓周設(shè)有電極膜層，其前端的電極膜層外設(shè)有絕緣膜層，所述的導(dǎo)線前端凹腔與絲狀基底的后端相吻合；所述的絲狀基底的前端與絕緣檔塊由樹脂封接。
上述方案中，所述的絲狀基底為單模石英裸光纖，該段光纖延伸至套筒內(nèi)的后端只設(shè)有電極膜層，其與導(dǎo)線前端凹腔吻接處設(shè)置有導(dǎo)電膠。所述的電極膜層為貴金屬膜層；所述的絕緣膜層為非金屬陶瓷膜層。
一種超微環(huán)電極的制備方法，它包括下述步驟(1)將絲狀基底按順序用去離子水，無水乙醇，去離子水進(jìn)行超聲清洗；(2)在絲狀基底的圓周表面沉積上電極膜層；(3)在電極膜層外再沉積上絕緣膜層；(4)用有機(jī)酸將沉積有電極膜層、絕緣膜層的絲狀基底的后端的絕緣膜層腐蝕掉，只露出電極膜層，用導(dǎo)電膠將其與導(dǎo)線前端的凹腔相連接；(5)將導(dǎo)線組裝到套筒內(nèi)，使帶有絕緣膜層的絲狀基底前端穿過絕緣擋塊的中心孔，用樹脂密封；(6)用光纖刀筆在沉積有絕緣膜層的絲狀基底的前端切割出超微環(huán)電極表面。
上述制備方法中，所述步驟(2)的沉積方法是采用射頻磁控濺射工藝；所述步驟(3)的沉積方法是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝；所述絲狀基底是采用單模石英裸光纖作為材料；所述電極膜層是采用貴金屬材料來沉積；所述絕緣膜層是以非金屬陶瓷材料的構(gòu)造來形成的。
本發(fā)明的有益效果是，采用微電子薄膜制備工藝在絲狀絕緣基底上先后沉積電極材料薄膜和絕緣材料薄膜，從而實(shí)現(xiàn)超微環(huán)電極的可微型化。其射頻磁控濺射工藝可以進(jìn)行多種電極材料薄膜的制備，如金薄膜、鉑薄膜和銀薄膜。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝可以進(jìn)行多種絕緣材料薄膜的制備，如二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、碳化硅薄膜，因此，可以針對(duì)不同的使用環(huán)境和使用條件制備不同的絕緣材料薄膜。由于本發(fā)明方法是基于微電子工業(yè)的薄膜制備工藝進(jìn)行超微環(huán)電極的制備，因此可以實(shí)現(xiàn)超微環(huán)電極的批量化生產(chǎn)；同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超微環(huán)電極的電極尺寸和形狀的精確控制，從而有利于提高超微環(huán)電極的測量結(jié)果的一致性、有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果的比較。


圖1是本發(fā)明的超微環(huán)電極的截面結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1中電極前端11的橫截面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖1和圖2所示，一種超微環(huán)電極，包括一塑料檔塊16、與該塑料擋塊16連為一體的塑料套筒13、設(shè)置在塑料套筒13內(nèi)的銅導(dǎo)線14、貫穿于塑料擋塊16中心的絲狀基底21。所述的絲狀基底21的圓周被覆電極膜層22，其前端11的電極膜層22外再被覆絕緣膜層23；所述的銅導(dǎo)線14前端凹腔與絲狀基底21的后端12相吻合；所述的絲狀基底21的前端11與塑料檔塊16由硅樹脂15封接。
在以上技術(shù)方案中，本實(shí)施例的絲狀基底21為單模石英裸光纖，該段光纖延伸至塑料套筒13內(nèi)的后端12只被覆有電極膜層22，而不被覆絕緣膜層23；其與銅導(dǎo)線14前端凹腔吻接處設(shè)置有銀粉導(dǎo)電膠17；所述的電極膜層22可為貴金屬膜層，如金薄膜、鉑薄膜或銀薄膜，本實(shí)施例為金薄膜；所述的絕緣膜層23可為二氧化硅、氧化鋁等氧化物陶瓷薄膜或氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷薄膜，本實(shí)施例為氧化硅薄膜。
上述實(shí)施例的超微環(huán)電極的一種制備方法，按下述步驟進(jìn)行(1)將單模石英裸光纖21按順序用去離子水、無水乙醇、去離子水進(jìn)行超聲波清洗，超聲清洗時(shí)間各為2分鐘，超聲波功率為350W。
(2)采用射頻磁控濺射工藝在單模石英裸光纖21的絲狀表面沉積上金薄膜22作為電極材料薄膜；沉積過程在JS-3X-80型射頻磁控濺射機(jī)臺(tái)上進(jìn)行，濺射靶材為金靶；主要工藝參數(shù)為工作氣體為氬氣，工作氣壓為1.0帕，襯底溫度為室溫，射頻功率為120W。
(3)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在金薄膜22上再沉積氧化硅薄膜23作為電極的絕緣材料薄膜；沉積過程在PECVD-2B型等離子體化學(xué)氣相噴射機(jī)臺(tái)上進(jìn)行，反應(yīng)氣體為硅烷和氧氣，其體積比為1∶2；主要工藝參數(shù)為襯底溫度為300℃±10℃，標(biāo)準(zhǔn)射頻頻率為13.56MHz，射頻功率60±20W。
(4)采用重量濃度為40％的氫氟酸將沉積有金薄膜22和氧化硅薄膜23的光纖后端12的氧化硅薄膜23腐蝕掉，使得光纖的后端露出金薄膜22，將其用銀粉導(dǎo)電膠17與銅導(dǎo)線14前端的凹腔相連。
(5)將銅導(dǎo)線14組裝到塑料套筒13內(nèi)，使光纖的前端11穿過塑料擋塊16的中心孔并用硅樹脂15密封，塑料擋塊16和塑料套筒13之間可用硅樹脂粘接成一體。
(6)采用光纖刀筆在光纖的前端11切割出超微環(huán)電極表面。
超微環(huán)電極具有常規(guī)電極無法比擬的許多優(yōu)良的電化學(xué)特性。超微環(huán)電極具有傳質(zhì)速率快、RC時(shí)間常數(shù)小、體系的IP低等顯著優(yōu)點(diǎn)，可用于高電阻體系(無支持電解質(zhì)溶液、氣相體系、固相體系)；快速、暫態(tài)電化學(xué)反應(yīng)研究等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種超微環(huán)電極，包括一絕緣檔塊(16)、貫穿于該絕緣擋塊(16)中心的絲狀基底(21)，所述的絲狀基底(21)的圓周設(shè)有電極膜層(22)，其前端(11)的電極膜層(22)外設(shè)有絕緣膜層(23)，其特征是，該超微環(huán)電極還包括與絕緣擋塊(16)連為一體的套筒(13)、設(shè)置在套筒(13)內(nèi)的導(dǎo)線(14)，所述的導(dǎo)線(14)前端凹腔與絲狀基底(21)的后端(12)相吻合；所述的絲狀基底(21)的前端(11)與絕緣檔塊(16)由樹脂(15)封接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微環(huán)電極，其特征是，所述的絲狀基底(21)為單模石英裸光纖，該段光纖延伸至套筒(13)內(nèi)的后端(12)只設(shè)有電極膜層(22)，其與導(dǎo)線(14)前端凹腔吻接處設(shè)置有導(dǎo)電膠(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超微環(huán)電極，其特征是，所述的電極膜層(22)為貴金屬膜層；所述的絕緣膜層(23)為非金屬陶瓷膜層。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微環(huán)電極的制備方法，其特征是，它包括下述步驟(1)將絲狀基底(21)按順序用去離子水，無水乙醇，去離子水進(jìn)行超聲波清洗；(2)在絲狀基底(21)的圓周表面沉積上電極膜層(22)；(3)在電極膜層(22)外再沉積上絕緣膜層(23)；(4)用無機(jī)酸將沉積有電極膜層(22)、絕緣膜層(23)的絲狀基底(21)的后端(12)的絕緣膜層腐蝕掉，只露出電極膜層(22)，用導(dǎo)電膠(17)將其與導(dǎo)線(14)前端的凹腔相連接；(5)將導(dǎo)線(14)組裝到套筒(13)內(nèi)，使沉積有絕緣膜層(23)的絲狀基底(21)前端(11)穿過絕緣擋塊(16)的中心孔，用樹脂(15)密封；(6)用光纖刀筆在沉積有絕緣膜層(23)的絲狀基底(21)的前端(11)切割出超微環(huán)電極表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超微環(huán)電極的制備方法，其特征是，所述步驟(2)的沉積方法是采用射頻磁控濺射工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超微環(huán)電極的制備方法，其特征是，所述步驟(3)的沉積方法是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求4～6所述的超微環(huán)電極的制備方法，其特征是，所述絲狀基底(21)是采用單模石英裸光纖作為材料；所述電極膜層(22)是采用貴金屬材料來沉積；所述絕緣膜層(23)是以非金屬陶瓷材料構(gòu)造來形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超微環(huán)電極及其制備方法。首先，它是將裸光纖作為超微環(huán)電極的絲狀絕緣基底，采用射頻磁控濺射工藝在光纖絲狀表面上沉積上一層金薄膜作為電極薄膜；接著，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在金薄膜上再沉積氧化硅薄膜作為電極的絕緣薄膜；然后，用氫氟酸將同時(shí)被覆金薄膜和氧化硅薄膜的光纖一端的氧化硅薄膜腐蝕掉，使得該段光纖只被覆有金薄膜；采用銀粉導(dǎo)電膠將該段光纖和銅引線相連；最后，將超微環(huán)電極的銅引線部分組裝到塑料套筒內(nèi)，采用光纖刀筆在被覆金薄膜和氮化硅薄膜的光纖的另一端切割出超微環(huán)電極表面。
文檔編號(hào)C25B11/00GK1789997SQ20051009645
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者蔣莊德, 朱明智, 景蔚萱, 楊彪 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)