CN100370245C - 一种超微环电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超微环电极及其制备方法。首先，它是将裸光纤作为超微环电极的丝状绝缘基底，采用射频磁控溅射工艺在光纤丝状表面上沉积上一层金薄膜作为电极薄膜；接着，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在金薄膜上再沉积氧化硅薄膜作为电极的绝缘薄膜；然后，用氢氟酸将同时被覆金薄膜和氧化硅薄膜的光纤一端的氧化硅薄膜腐蚀掉，使得该段光纤只被覆有金薄膜；采用银粉导电胶将该段光纤和铜引线相连；最后，将超微环电极的铜引线部分组装到塑料套筒内，采用光纤刀笔在被覆金薄膜和氮化硅薄膜的光纤的另一端切割出超微环电极表面。

Description

一种超微环电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电化学检测元件，特别涉及一种超微环电极及其制备方法。

背景技术

目前，在超微环电极制备过程中，通常要采用真空喷镀、涂覆金属有机化合物、气体热解和化学镀等工艺在丝状绝缘基底上被覆所需要的电极薄膜和绝缘薄膜。现有的方法是：将被覆电极材料的丝状基底插入细玻璃管中，用环氧树脂在圆周方向上将电极材料绝缘，然后加工出环电极的电极表面[参见L.S.Kuhn等，Anal.Chem.1990，62，1631-1636]；或者，采用电泳漆作为超微环电极的绝缘材料[参见Y.Lee等，Anal.Chem.2002，74，3626-3633]。这些方法存在的缺点是：由于采用环氧树脂在细玻璃管中实现对电极材料圆周方向上的绝缘，所以难以制备整体尺寸较小的超微环电极，同时环氧树脂在某些使用环境和条件下存在着绝缘特性退化的问题；而以电泳漆作为绝缘材料不适合在较正或较负的电位下使用。

发明内容

本发明的目的是，改进现有技术所存在的缺陷，提供一种基于微电子加工技术的超微环电极及其制备方法，所制备的超微环电极具有整体尺寸小、精度高、绝缘性好的特点。

为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种超微环电极，包括一绝缘挡块、贯穿于该绝缘挡块中心的丝状基底、与绝缘挡块连为一体的套筒、设置在套筒内的导线，所述的丝状基底的圆周设有电极膜层，其前端的电极膜层外设有绝缘膜层，所述的导线前端凹腔与丝状基底的后端相吻合；所述的丝状基底的前端与绝缘挡块由树脂封接；所述的绝缘膜层为非金属陶瓷膜层。

上述方案中，所述的丝状基底为单模石英裸光纤，该段光纤延伸至套筒内的后端只设有电极膜层，其与导线前端凹腔吻接处设置有导电胶。所述的电极膜层为贵金属膜层。

一种超微环电极的制备方法，它包括下述步骤：

(1)将丝状基底按顺序用去离子水，无水乙醇，去离子水进行超声清洗；

(2)在丝状基底的圆周表面沉积上电极膜层；

(3)在电极膜层外再沉积上绝缘膜层；

(4)用氢氟酸将沉积有电极膜层、绝缘膜层的丝状基底的后端的绝缘膜层腐蚀掉，只露出电极膜层，用导电胶将其与导线前端的凹腔相连接；

(5)将导线组装到套筒内，使带有绝缘膜层的丝状基底前端穿过绝缘挡块的中心孔，用树脂密封；

(6)用光纤刀笔在沉积有绝缘膜层的丝状基底的前端切割出超微环电极表面。

上述制备方法中，所述步骤(2)的沉积方法是采用射频磁控溅射工艺；所述步骤(3)的沉积方法是采用等离子体增强化学气相沉积工艺；所述丝状基底是采用单模石英裸光纤作为材料；所述电极膜层是采用贵金属材料来沉积；所述绝缘膜层是以非金属陶瓷材料的构造来形成的。

本发明的有益效果是，采用微电子薄膜制备工艺在丝状绝缘基底上先后沉积电极材料薄膜和绝缘材料薄膜，从而实现超微环电极的可微型化。其射频磁控溅射工艺可以进行多种电极材料薄膜的制备，如金薄膜、铂薄膜和银薄膜。等离子体增强化学气相沉积工艺可以进行多种绝缘材料薄膜的制备，如二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、碳化硅薄膜，因此，可以针对不同的使用环境和使用条件制备不同的绝缘材料薄膜。由于本发明方法是基于微电子工业的薄膜制备工艺进行超微环电极的制备，因此可以实现超微环电极的批量化生产；同时，可以实现对超微环电极的电极尺寸和形状的精确控制，从而有利于提高超微环电极的测量结果的一致性、有利于实验结果和理论计算结果的比较。

附图说明

图1是本发明的超微环电极的截面结构图；

图2是图1中电极前端11的横截面结构图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1和图2所示，一种超微环电极，包括一塑料挡块16、与该塑料挡块16连为一体的塑料套筒13、设置在塑料套筒13内的铜导线14、贯穿于塑料挡块16中心的丝状基底21。所述的丝状基底21的圆周被覆电极膜层22，其前端11的电极膜层22外再被覆绝缘膜层23；所述的铜导线14前端凹腔与丝状基底21的后端12相吻合；所述的丝状基底21的前端11与塑料挡块16由硅树脂15封接。

在以上技术方案中，本实施例的丝状基底21为单模石英裸光纤，该段光纤延伸至塑料套筒13内的后端12只被覆有电极膜层22，而不被覆绝缘膜层23；其与铜导线14前端凹腔吻接处设置有银粉导电胶17；所述的电极膜层22可为贵金属膜层，如金薄膜、铂薄膜或银薄膜，本实施例为金薄膜；所述的绝缘膜层23可为二氧化硅、氧化铝等氧化物陶瓷薄膜或氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷薄膜，本实施例为氧化硅薄膜。

上述实施例的超微环电极的一种制备方法，按下述步骤进行：

(1)将单模石英裸光纤21按顺序用去离子水、无水乙醇、去离子水进行超声波清洗，超声清洗时间各为2分钟，超声波功率为350W。

(2)采用射频磁控溅射工艺在单模石英裸光纤21的丝状表面沉积上金薄膜22作为电极材料薄膜；沉积过程在JS-3X-80型射频磁控溅射机台上进行，溅射靶材为金靶；主要工艺参数为：工作气体为氩气，工作气压为1.0帕，衬底温度为室温，射频功率为120W。

(3)采用等离子体增强化学气相沉积工艺在金薄膜22上再沉积氧化硅薄膜23作为电极的绝缘材料薄膜；沉积过程在PECVD-2B型等离子体化学气相喷射机台上进行，反应气体为硅烷和氧气，其体积比为1∶2；主要工艺参数为：衬底温度为300℃±10℃，标准射频频率为13.56MHz，射频功率60±20W。

(4)采用重量浓度为40％的氢氟酸将沉积有金薄膜22和氧化硅薄膜23的光纤后端12的氧化硅薄膜23腐蚀掉，使得光纤的后端露出金薄膜22，将其用银粉导电胶17与铜导线14前端的凹腔相连。

(5)将铜导线14组装到塑料套筒13内，使光纤的前端11穿过塑料挡块16的中心孔并用硅树脂15密封，塑料挡块16和塑料套筒13之间可用硅树脂粘接成一体。

(6)采用光纤刀笔在光纤的前端11切割出超微环电极表面。

超微环电极具有常规电极无法比拟的许多优良的电化学特性。超微环电极具有传质速率快、RC时间常数小、体系的IR低等显著优点，可用于高电阻体系(无支持电解质溶液、气相体系、固相体系)；快速、暂态电化学反应研究等领域。

Claims (7)

1.一种超微环电极，包括一绝缘挡块(16)、贯穿于该绝缘挡块(16)中心的丝状基底(21)，所述的丝状基底(21)的圆周设有电极膜层(22)，其前端(11)的电极膜层(22)外设有绝缘膜层(23)，其特征是，该超微环电极还包括与绝缘挡块(16)连为一体的套筒(13)、设置在套筒(13)内的导线(14)，所述的导线(14)前端凹腔与丝状基底(21)的后端(12)相吻合；所述的丝状基底(21)的前端(11)与绝缘挡块(16)由树脂(15)封接，所述的绝缘膜层(23)为非金属陶瓷膜层。

2.根据权利要求1所述的超微环电极，其特征是，所述的丝状基底(21)为单模石英裸光纤，该段光纤延伸至套筒(13)内的后端(12)只设有电极膜层(22)，其与导线(14)前端凹腔吻接处设置有导电胶(17)。

3.根据权利要求1或2所述的超微环电极，其特征是，所述的电极膜层(22)为贵金属膜层。

4.一种根据权利要求1所述的超微环电极的制备方法，其特征是，它包括下述步骤：

(1)将丝状基底(21)按顺序用去离子水，无水乙醇，去离子水进行超声波清洗；

(2)在丝状基底(21)的圆周表面沉积上电极膜层(22)；

(3)在电极膜层(22)外再沉积上绝缘膜层(23)；

(4)用氢氟酸将沉积有电极膜层(22)、绝缘膜层(23)的丝状基底(21)的后端(12)的绝缘膜层腐蚀掉，只露出电极膜层(22)，用导电胶(17)将其与导线(14)前端的凹腔相连接；

(5)将导线(14)组装到套筒(13)内，使沉积有绝缘膜层(23)的丝状基底(21)前端(11)穿过绝缘挡块(16)的中心孔，用树脂(15)密封；

(6)用光纤刀笔在沉积有绝缘膜层(23)的丝状基底(21)的前端(11)切割出超微环电极表面。

5.根据权利要求4所述的超微环电极的制备方法，其特征是，所述步骤(2)的沉积方法是采用射频磁控溅射工艺。

6.根据权利要求4所述的超微环电极的制备方法，其特征是，所述步骤(3)的沉积方法是采用等离子体增强化学气相沉积工艺。

7.根据权利要求4～6之一所述的超微环电极的制备方法，其特征是，所述丝状基底(21)是采用单模石英裸光纤作为材料；所述电极膜层(22)是采用贵金属材料来沉积；所述绝缘膜层(23)是以非金属陶瓷材料构造来形成。

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