基于納米銀墨水的噴墨印刷銀/氯化銀參比電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子芯片領(lǐng)域，涉及一種基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，食品安全成為公眾關(guān)注的一大熱點，測試蔬菜水果中的農(nóng)藥殘留，以及測試食品(例如牛奶，奶粉)中有害添加劑的含量成為日常生活中一大迫切需求。在實驗室條件下對農(nóng)藥殘留或有害添加劑進行電化學(xué)檢測時，通常使用的三電極體系如圖3所示，該體系中三個電極彼此獨立，架設(shè)復(fù)雜，很難在日常條件下得到應(yīng)用，來實現(xiàn)目前迫切需要的對日常生活中有害物質(zhì)的檢測。為解決這個問題，研制可以方便攜帶和應(yīng)用的平面集成三電極電子芯片勢在必行。
[0003]平面集成三電極體系芯片，其具有快速檢測、便于攜帶等優(yōu)點，使得三電極體系能用于更多、更廣的檢測。在三電極體系中，工作電極和對電極的平面化相對簡單，其關(guān)鍵點存在于銀-氯化銀參比電極的平面化，即傳統(tǒng)的參比電極不能直接搬到平面集成三電極體系芯片，這就需要我們先制備出可以用于檢測的穩(wěn)定的平面銀/氯化銀參比電極。
[0004]噴墨印刷是快速，低成本，無接觸，按需印刷的新型加工技術(shù)，常被用來在工業(yè)上印刷電路以及電子芯片，因此被我們選擇作為制備銀-氯化銀參比電極的首選加工方式。通過這種方式制得的平面參比電極，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銀/氯化銀參比電極構(gòu)成平面集成三電極體系電子芯片，實現(xiàn)對日常有害物質(zhì)的方便、快捷的檢測，并且其制備簡單、重復(fù)性好、成本低廉，適合從實驗室往工業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米銀墨水印刷銀/氯化銀參比電極制備方法，其操作便捷，可控性強，制備成本低，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]為達到上述目的，經(jīng)研宄，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
1.基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，其特征在于，包括基底、銀電極層、氯化銀電極層；銀電極層位于基底之上；氯化銀電極層覆蓋銀電極層面積較大的正方形的一端并與銀電極層部分重疊；所述銀電極層位于所述基底之上且尺寸不大于基底；所述氯化銀電極層位于所述銀電極層的上方與銀電極層部分重疊(圖1)。
[0007]圖1a部分的銀電極層作為在電鍍及測試時與電化學(xué)工作站連接的觸點，圖1b部分的銀電極層起到連接圖1a部分與圖1c部分的作用。圖1c部分由覆蓋于基底上的銀電極層以及覆蓋于銀電極層上的氯化銀電極層構(gòu)成(圖2)。
[0008]優(yōu)選的，構(gòu)成所述基底的材料為玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚酰亞胺(PI)等(包含但不限于)；構(gòu)成所述工作電極的材料為納米銀。
[0009]2.基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，包括以下步驟: 1)將構(gòu)成銀電極層的材料溶液按照預(yù)設(shè)形狀(如圖1)和位置通過噴墨印刷印制在基底上，制得銀電極層；
2)將圖1c部分放入含氯離子的鹽溶液中進行電鍍，將c部分表面的銀電極層轉(zhuǎn)化為氯化銀電極層；
3)將電鍍后的銀/氯化銀參比電極放在飽和氯化鉀溶液(氯化銀層結(jié)晶穩(wěn)定不脫落，保證參比電極的穩(wěn)定性)，制得噴墨印刷的銀/氯化銀參比電極；
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明制備的銀/氯化銀參比電極以可噴墨印刷的納米銀墨水為載體，通過在基底上印刷銀電極層，然后通過電鍍將部分銀電極層轉(zhuǎn)化為氯化銀電極層，來實現(xiàn)對平面銀/氯化銀參比電極的制備。同時，本發(fā)明采用噴墨印刷技術(shù)制備銀/氯化銀參比電極，可以替代傳統(tǒng)的銀/氯化銀參比電極制備出平面集成三電極體系芯片用于方便、快捷的檢測，實現(xiàn)了三電極體系用于日常有害物質(zhì)的檢測而不是僅僅受限于實驗室，并且通過噴墨印刷制備銀/氯化銀參比電極實現(xiàn)了銀/氯化銀參比電極的快速、低成本加工，可控性強，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0010]圖1:噴墨印刷銀/氯化銀參比電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2:噴墨印刷銀/氯化銀參比電極結(jié)構(gòu)示意圖的A-A剖面視圖，I為基底，2為銀電極層，3為氯化銀電極層。
[0012]圖3:普通三電極體系示意圖。
[0013]圖4:制備的銀/氯化銀參比電極示意圖，a、b區(qū)域為銀電極層，c區(qū)域為銀-氯化銀電極層。
[0014]圖5:a曲線為噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極循環(huán)伏安曲線圖，b曲線為與之對照的商用銀/氯化銀參比電極循環(huán)伏安曲線圖，測試條件:10mm*10mm*0.1mm^*寬*厚)的Pt片(上海辰華儀器有限公司)電極作為對電極，電解液為5mM鐵氰化鉀溶液，掃速為50mv/s，電勢范圍為-0.2—0.6V。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的說明。優(yōu)選實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照試劑制造廠商所建議的條件進行。
[0016]噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，I為基底(PET)，2為銀電極層(如圖2中a、b所示)，3為氯化銀電極層(覆蓋在銀工作電極層上如圖2中c所示
[0017]納米銀墨水購自昆山海斯電子有限公司，可以直接用于噴墨打印，燒結(jié)后即得固體銀電極層。
[0018]按圖1所示，采用噴墨印刷技術(shù)制備銀/氯化銀參比電極，其圖案設(shè)計如圖1所示。所述噴墨印刷采用Fujifilm公司的Dimatix 2800噴墨打印機并配備1pL噴頭。具體步驟如下:
I)將導(dǎo)電銀墨水(Jet-600C，昆山海斯電子有限公司)通過噴墨印刷印制在PET塑料薄膜上(PET塑料薄膜經(jīng)過清洗、UVO處理30min)，并將印制好的銀電極層(如圖1所示)于150°C加熱60min使銀墨水燒結(jié)固化，然后在55°C條件下的真空干燥箱中24h，制得銀電極層；
2)將I)中所得的銀電極中(圖1c)一端完全置于0.1M NaCl溶液中進行電鍍，電鍍采取恒電壓電鍍，電鍍條件為5V，電鍍時間為60s ；
3)將電鍍后的銀/氯化銀參比電極放在飽和氯化鉀溶液中靜置24h，來使制得的氯化銀層達到平衡態(tài)(氯化銀層結(jié)晶飽和不脫落，保證參比電極的穩(wěn)定性)。最終制得的電極成品如圖4所示，銀色的a，b部分是導(dǎo)電銀電極層，黑色的c部分是經(jīng)過電鍍的銀-氯化銀電極層。
[0019]4)將制備的銀/氯化銀參比電極與購買的商用銀/氯化銀參比電極進行比較，測試制備的銀/氯化銀參比電極是否可以替代購買的商用銀/氯化銀參比電極，具體操作如下:
采用三電極體系測試銀/氯化銀參比電極，10mm*10mm*0.1mm(長*寬*厚)的Pt片(上海辰華儀器有限公司)電極作為對電極，工作電極采用同一根玻碳電極，參比電極采用購買的商用銀/氯化銀(上海辰華儀器有限公司)參比電極，電解液為5mM鐵氰化鉀溶液(鐵氰化鉀體系在中性水溶液體系中的電化學(xué)行為是可逆過程，其氧化峰和還原峰對稱，并且體系本身很穩(wěn)定)，掃速為50mv/s，電勢范圍為-0.2—0.6V ;然后，用噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極代替上述參比電極，其余條件不變，結(jié)果如圖5所示，其中a曲線為噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極循環(huán)伏安曲線圖，b曲線為與之對照的商用銀/氯化銀參比電極循環(huán)伏安曲線圖。
[0020]制備好的銀/氯化銀參比電極與傳統(tǒng)的商用銀/氯化銀參比電極具有很好的一致性。具體表現(xiàn)為兩條循環(huán)伏安曲線幾近重合。對照的商用銀/氯化銀參比電極氧化峰為0.269V，還原峰為0.192V，Δ V=0.077V ;噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極氧化峰為
0.267V，還原峰為0.185V，Δ V=0.082V，相比于對照的商用銀/氯化銀參比電極氧化峰左移了 0.002V，還原峰左移了 0.007V，因此噴墨打印的銀/氯化銀參比電極可以在三電極體系中取代商用參比電極，為進一步研制平面集成三電極體系提供了先決條件。
[0021]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，其特征在于，包括基底、銀電極層、氯化銀電極層；銀電極層位于基底之上；氯化銀電極層覆蓋銀電極層面積較大的正方形的一端并與銀工作電極層部分重疊；所述銀電極層位于所述基底之上且尺寸不大于基底；所述氯化銀電極層位于所述銀電極層的面積較大的正方形之上并與銀電極層部分重疊。
2.如權(quán)利要求1所述的基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，其特征在于，構(gòu)成所述基底的材料為玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯或聚酰亞胺等(包括但不限于這些材料)；構(gòu)成所述工作電極的材料為納米銀。
3.權(quán)利要求1或2所述的基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將構(gòu)成銀電極層的材料溶液按照預(yù)設(shè)形狀和位置通過噴墨印刷印制在基底上，制得銀電極層； 2)將銀電極的一端放入含氯離子的鹽溶液中電鍍，制得氯化銀電極層； 3)將電鍍后的銀/氯化銀參比電極放在飽和氯化鉀溶液(氯化銀層結(jié)晶穩(wěn)定不脫落，保證參比電極的穩(wěn)定性)，制得噴墨印刷的銀/氯化銀參比電極。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納米銀墨水噴墨印刷銀/氯化銀參比電極的制備方法，包括基底、銀電極層、氯化銀電極層；銀電極層位于基底之上；氯化銀電極層位于銀電極層一部分之上。本發(fā)明銀/氯化銀參比電極以可噴墨印刷的納米銀墨水為載體，通過電鍍的方法在銀電極層之上鍍氯化銀層來制備銀/氯化銀參比電極。同時實驗證實，本發(fā)明采用噴墨印刷技術(shù)制備的銀/氯化銀參比電極，可以在三電極體系的電化學(xué)檢測中替代傳統(tǒng)的銀/氯化銀參比電極，為進一步加工制備可以直接用于生物和食品檢測的平面集成傳感器電子芯片提供了先決條件。并且通過噴墨印刷制備銀/氯化銀參比電極實現(xiàn)了銀/氯化銀參比電極的快速、低成本加工，可控性強，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】G01N27-30
【公開號】CN104614428
【申請?zhí)枴緾N201510099912
【發(fā)明人】翁博, 刁江林, 李長明
【申請人】西南大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年3月7日