專利名稱：基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電極陣列制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及 金屬納米微電極陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
微電極陣列由多個(gè)微小電極并聯(lián)而成，其既保留了原來(lái)單一微小電極優(yōu)異的物理 和電化學(xué)特性，如尺寸小、大的穩(wěn)態(tài)電流密度、高的信噪比、極小的時(shí)間常數(shù)、低的溶液電位 降和穩(wěn)態(tài)測(cè)量不受與流動(dòng)有關(guān)的參數(shù)影響等，又可以獲得更大的電流強(qiáng)度，且隨著電極組 裝形式不同總電流會(huì)有差異。已應(yīng)用于高壓電泳、液相色譜和流動(dòng)分析的檢測(cè)器，并在臨床 診斷、發(fā)酵控制、病理藥理方面具有良好的應(yīng)用前景，還可用于多通道電化學(xué)傳感器和培養(yǎng) 細(xì)胞的載體等方面的功能材料。1987年，Martin (Anal. Chem.，1987，59，2625)采用電化學(xué)沉積法在聚碳酸酷模板 上制得半徑為IOOnm的鉬納米陣列盤(pán)微電極，并對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)表征，用該電極研究得出 的電化學(xué)響應(yīng)與已建立的電化學(xué)理論相一致。1992年，Strein (Anal. Chem.，1992，64，1368) 等采用火焰燒蝕法制得尖端直徑為IOOnm的碳纖維微電極，用于微小體系的分析檢測(cè)。 1999 年，schift (Microelectronic. Eng.，1999，46，121)采用納米壓印方法(nanoimprint) 制備得到特征尺寸為25nm的組合金屬陣列微電極。1999年，slevin (Electrochem. Common. ,1999,1,282)用刻蝕一涂層法制得尖端半徑為Ipm-IOnm的一系列鉬電極。然而， 設(shè)計(jì)一種無(wú)毒、無(wú)污染、適合批量生產(chǎn)微小電極的方法還有待科研工作者進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列 的制備方法，該方法可制備各種形狀、各種尺寸的超疏水/親水微電極陣列，其尺寸可小至 數(shù)微米，還可制備金、銀、鉬一系列貴金屬納米粒子構(gòu)成的超疏水/親水微電極陣列。本發(fā)明提出的一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列的制備 方法，具體步驟如下(1)超親水納米TiO2膜的制備將銦錫氧化物(ITO)導(dǎo)電玻璃分別用去離子水、乙醇、lmol/L的KOH水溶液超聲清 洗半小時(shí)，去離子水洗凈并吹干，將銳鈦礦納米TiO2溶膠通過(guò)旋涂法修飾在銦錫氧化物導(dǎo) 電玻玻璃上，并在723K下燒結(jié)lh，得到超親水納米TiO2膜；(2)超親水納米TiO2表面超疏水/親水模板的制備將步驟(1)制得的超親水納米TiO2膜浸泡在含烷氧基硅基的長(zhǎng)鏈脂肪烴的乙醇 溶液中，將光掩膜放在TiO2膜背面，用10-80mW/cm2紫外光從光掩膜一側(cè)光照5-200min，得 到納米TiO2表面超疏水/親水模板；(3)貴金屬納米粒子表面超疏水/親水模板的制備
將貴金屬離子水溶液滴加到步驟(2)所得的納米TiO2表面超疏水/親水模板上， 將光掩膜放在該模板背面，用10-80mW/cm2紫外光從光掩膜一側(cè)光照l(shuí)-60min，即制得所需產(chǎn)物。本發(fā)明中，步驟(2)中使用的含烷氧基硅基的長(zhǎng)鏈脂肪烴為十八烷基三乙氧基硅 烷(ODS)，十八烷基三乙氧基硅烷與乙醇體積比為1 5-1 10，修飾十八烷基三乙氧基硅 烷的時(shí)間為12-72h。本發(fā)明中，步驟(3)中使用的貴金屬離子水溶液可以是金、銀、鈀或鉬離子水溶液 中的一種。貴金屬離子水溶液滴加到TiO2表面超疏水/親水模板上可以使貴金屬離子隨 水選擇性地進(jìn)入模板上的親水區(qū)域，起到“分子模板”的作用。本發(fā)明中，納米TiO2表面超疏水/親水模板中納米TiO2的直徑大約20-50nm，0DS 的分子鏈長(zhǎng)只有幾十埃，相對(duì)于納米TiO2的表面粗糙度和模板尺寸，修飾在納米TiO2表面 的ODS高度可以忽略不計(jì)；制備的貴金屬納米粒子表面超疏水/親水模板其親水區(qū)域貴金 屬納米粒子的高度在幾百納米，ODS的分子鏈長(zhǎng)只有幾十埃，所以該模板是隆起狀的貴金屬 納米粒子超疏水/親水模板。本發(fā)明中，兩種模板的超疏水和超親水區(qū)域的電化學(xué)活性有非常大的差異，從而 可以作為微電極陣列使用。本發(fā)明的有益效果在于技術(shù)操作簡(jiǎn)便，成本低廉，可大面積化，可制備各種形狀、 各種尺寸的微電極陣列，其尺寸可小至數(shù)微米，可制備金、銀、鈀、鉬等一系列貴金屬納米粒 子構(gòu)成的微電極陣列，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，無(wú)毒性，無(wú)污染，是一種制備微小電極陣列的“綠 色方法”，具有環(huán)境友好性和生物適應(yīng)性。并可用于多通道電化學(xué)傳感器和培養(yǎng)細(xì)胞的載體 等方面的功能材料。


圖1是本發(fā)明的制備過(guò)程示意圖，其中，(a)是在納米TiO2上修飾ODS后的超疏水 界面圖；(b)是紫外光光刻后的(》5/1102模板圖；(c)是以( 5/1102模板為基底，位選擇光 催化沉積貴金屬納米粒子制備的貴金屬納米粒子模板圖；圖2是本發(fā)明的0DS/Ti02模板熒光顯微鏡圖，其中，(a)是10 μ m條形0DS/Ti02 模板熒光顯微鏡圖；(b)是8 μ m圓形0DS/Ti02模板熒光顯微鏡圖；圖3是本發(fā)明的貴金屬微電極陣列顯微鏡圖，其中，(a)是ΙΟμπι條形金納米粒子 模板顯微鏡圖；(b)是8 μ m圓形金納米粒子模板顯微鏡具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 制備10 μ m條形0DS/Ti02模板ITO導(dǎo)電玻璃分別用去離子水、乙醇、lmol/L的KOH水溶液超聲清洗半小時(shí)，去離 子水洗凈并吹干。將銳鈦礦納米TiO2溶膠通過(guò)旋涂法修飾在ITO玻璃上，并在723K下燒結(jié) lh，得到超親水納米TiO2膜。將納米TiO2膜浸泡在ODS的乙醇溶液中(0DS與乙醇體積比 1:7)，修飾24小時(shí)，得到Ti02/0DS超疏水界面。將間距為10 μ m的10 μ m條形光掩膜放在ITO玻璃背面，用波長(zhǎng)為254nm、50mW/Cm2紫外光從ITO玻璃背面光照半小時(shí)，得到10 μ m 條形0DS/Ti02模板，如圖2 (a)所示。制備10 μ m條形金納米粒子模板將0. lmol/L HAuCl4水溶液滴在該微電極陣列上，用50mW/cm2紫外光從光掩膜一 側(cè)光照半小時(shí)，制備出 ο μ m條形金納米粒子超疏水/親水模板，如圖3(a)所示。實(shí)施例2 制備8μπι圓形0DS/Ti02模板ITO導(dǎo)電玻璃分別用去離子水、乙醇、lmol/L的KOH水溶液超聲清洗半小時(shí)，去離 子水洗凈并吹干。將銳鈦礦納米TiO2溶膠通過(guò)旋涂法修飾在ITO玻璃上，并在723K下燒 結(jié)lh，得到超親水納米TiO2膜。將納米TiO2膜浸泡在ODS的乙醇溶液中(0DS與乙醇體積 比1 7)，修飾24小時(shí)，得到Ti02/0DS超疏水界面。將圓心間距為50μπκ半徑為8μπι的 圓形光掩膜放在ITO玻璃背面，用波長(zhǎng)為254nm、50mW/Cm2紫外光從ITO玻璃背面光照半小 時(shí)，得到8 μ m的圓形0DS/Ti02模板，如圖2 (b)所示。制備8 μ m圓形金納米粒子模板將0. lmol/L HAuCl4水溶液滴在該微電極陣列上，用50mW/cm2紫外光從光掩膜一 側(cè)光照半小時(shí)，制備出6 μ m圓形金納米粒子超疏水/親水模板，如圖3 (b)所示。
權(quán)利要求
一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)超親水納米TiO2膜的制備將銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃分別用去離子水、乙醇、1mol/L的KOH水溶液超聲清洗半小時(shí)，去離子水洗凈并吹干，將銳鈦礦納米TiO2溶膠通過(guò)旋涂法修飾在銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃上，并在723K下燒結(jié)1h，得到超親水納米TiO2膜；(2)超親水納米TiO2表面超疏水/親水模板的制備將步驟(1)制得的超親水納米TiO2膜浸泡在含烷氧基硅基的長(zhǎng)鏈脂肪烴的乙醇溶液中，將光掩膜放在TiO2膜背面，用10 80mW/cm2紫外光從光掩膜一側(cè)光照5 200min，得到納米TiO2表面超疏水/親水模板；(3)貴金屬納米粒子表面超疏水/親水模板的制備將貴金屬離子水溶液滴加到步驟(2)所得的納米TiO2表面超疏水/親水模板上，將光掩膜放在該模板背面，用10 80mW/cm2紫外光從光掩膜一側(cè)光照1 60min，即制得所需產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列 的制備方法，其特征在于步驟(2)中使用的含烷氧基硅基的長(zhǎng)鏈脂肪烴為十八烷基三乙氧 基硅烷，十八烷基三乙氧基硅烷與乙醇體積比為1 5-1 10，修飾十八烷基三乙氧基硅烷 的時(shí)間為12-72h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列 的制備方法，其特征在于步驟(3)中使用的貴金屬離子水溶液是金、銀、鈀或鉬離子水溶液 中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于微電極陣列制備領(lǐng)域，涉及一種基于光催化技術(shù)的半導(dǎo)體納米及金屬納米微電極陣列的制備方法，具體步驟有超親水納米TiO2膜的制備；超親水納米TiO2表面超疏水/親水模板的制備；貴金屬納米粒子表面超疏水/親水模板的制備。本發(fā)明技術(shù)操作簡(jiǎn)便，成本低廉，可大面積化，可制備各種形狀、各種尺寸的微電極陣列，其尺寸可小至數(shù)微米，可制備金、銀、鈀、鉑等一系列貴金屬納米粒子構(gòu)成的微電極陣列，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，無(wú)毒性，無(wú)污染，是一種制備微小電極陣列的“綠色方法”，具有環(huán)境友好性和生物適應(yīng)性。并可用于多通道電化學(xué)傳感器和培養(yǎng)細(xì)胞的載體等方面的功能材料。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101941672SQ20101024555
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者劉巖, 李曉光, 田陽(yáng) 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)