CN115087862A - 具有硼掺杂金刚石区的pH电极 - Google Patents
具有硼掺杂金刚石区的pH电极 Download PDFInfo
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Abstract
一个实施方案提供了一种用于制造具有碳区的pH电极的方法，所述方法包括：为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变；选择用于加工所述碳区的图案；以及通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区。描述并要求保护其他方面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年2月13日提交的名称为“具有碳区的pH电极”的美国临时专利申请序列号62/976,043的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用结合于此。
技术领域
本申请总体上涉及含水样品的pH测量，并且更具体地，涉及具有碳区的pH电极。
背景技术
确保水质对于依赖水生存的人类、动物和植物的健康和幸福来说至关重要。可以测量的水的一种参数是pH。含水样品的pH的测量在多种行业比如制药领域、生物医药领域、供水领域和其他制造领域中至关重要。pH的测量可以允许对水的适当处理或确保适用于敏感用途的水质，并且允许确定水的总体品质。一种在含水样品中测量pH的方法包括电极的使用，所述电极需要对pH测量系统的经常维护和校准。
发明概述
概括地说，一个实施方案提供了一种用于制造具有碳区的硼掺杂金刚石(BDD)pH电极的方法，所述方法包括：为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变(pulse overlap modification)；选择用于加工所述碳区的图案；以及通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区。
另一个实施方案提供了一种用于激光加工具有碳区的pH电极的装置，所述装置包括：具有提供激光脉冲的激光器的加工设备；处理器；存储器设备，所述存储器设备存储所述处理器可执行的用于以下各项的指令：为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变；选择用于加工所述碳区的图案；以及通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区。
另一个实施方案提供了一种用于激光加工具有碳区的pH电极的系统，所述系统包括：具有提供激光脉冲的激光器的加工设备；包括BDD电极表面的BDD电极；以及其中存储有代码的存储设备，所述代码可由所述处理器执行并且包括：为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变的代码；选择用于加工所述碳区的图案的代码；以及通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到所述BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区的代码。
前述内容是概述，因此可以包含对细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将会理解，此概述仅是举例说明性的，并且不打算以任何方式进行限制。
为了更好地理解实施方案以及它们的其他和另外的特征和优点，结合附图进行以下描述。在所附权利要求中将会指明本发明的范围。
几幅附图的简述
图1示出了一个示例性实施方案中的脉冲重叠的示意图。
图2A-C示出了一个示例性实施方案中的图案的示意图。
图3A-C示出了一个示例性实施方案中的其他图案的示意图。
图4示出了计算机电路系统的一个实例。
具体实施方式
将会容易理解，除了所描述的示例性实施方案以外，在本文附图中概括描述和举例说明的实施方案的组成部分可以以各种不同配置来布置和设计。因此，如附图中所示的示例性实施方案的以下更详细描述不打算限制所述实施方案的范围，而仅代表示例性实施方案。
在本说明书全文中提及“一个实施方案”或“一种实施方案”(等)意指关于该实施方案描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文的各个位置处出现短语“在一个实施方案中”或“在一种实施方案中”等不必都指相同的实施方案。
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供许多具体细节以给出对实施方案的全面理解。但是，相关领域技术人员将会认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或利用其他方法、组成部分、材料等等来实施各种实施方案。在其他情况下，没有示出或详细描述众所周知的结构、材料或操作。以下描述仅用于举例说明，并且仅说明了某些示例性实施方案。
水或其他含水溶液或样品的pH的测量是常见的，并且允许确定含水溶液的品质或其他特性。用于pH测量的常规pH电极可以使用易碎的薄玻璃构建。此玻璃容易破裂，导致较高的替换和维护成本。玻璃pH电极的可能破裂还可能限制其在食品和饮料应用中的使用。常规pH电极还可能具有“碱误差”。这些误差由干扰离子比如钠和钾引起，这些干扰离子影响在高pH值下的pH响应。对稳固的pH测量电极存在商业需求，这种稳固的pH测量电极在保持在含有重金属的样品或低电导率样品中的pH测量的同时需要较少维护。
另一种测量含水样品的pH的方法使用激光加工的硼掺杂金刚石(BDD)材料来创造能够测量pH的传感器。BDD的激光加工由于引入sp2碳而在BDD材料上产生pH敏感的醌状(quinone-like)结构。这些激光加工的区域或坑(pit)可以是阵列图案形式的。换言之，激光加工的区域可以是在表面上(across a surface)的一系列斑点。这些多个斑点的激光加工可能是有挑战性的。例如，在表面上的激光加工的坑的阵列需要在表面上反复使用激光。用激光反复加工BDD表面可以产生热量。热量的产生可以导致进一步产生sp2碳，以及随后产生能够感测pH的醌状结构。反复的激光加工还需要在加工过程中可能耗时的激光脉冲。对激光加工的适当控制可以保持特征的适当长宽比以防止电极表面的污损或阻挡(blocking)。
BDD电极可以提供更大的准确度，尤其是在具有低电导率或低缓冲容量的样品中提供改善的准确度。BDD电极可以测量在所有pH范围内的pH，包括pH 4至11的环境相关范围。对醌状结构产生需要得到较好控制，因为醌状结构可以影响在低电导率且低缓冲容量的溶液中的准确度。来自激光加工过程的加热可以导致更大的醌状结构。需要的是控制醌状结构的产生和/或减少在激光加工期间的加热的方法和系统。另外，所述系统和方法可以减少制造时间。
因此，可以使用本文所述的系统和方法来制作电极。电极可以是BDD电极。电极可以是对pH敏感的。可以激光加工pH敏感区。激光加工可以产生碳区。碳区可以是sp2碳区。碳区可以具有氧化的碳结构和/或醌状基团。在一个实施方案中，所述系统和方法可以确定脉冲重叠改变。脉冲重叠改变可以是指激光脉冲重叠或不重叠的方式。如下文所述，脉冲重叠改变可以是2维的、1维的和/或0维的。在一个实施方案中，所述方法和系统可以选择用于加工碳区的图案。例如，图案可以是阵列、平行线、线条、同心圆等。描述和公开了其他图案。激光加工的电极可以通过确定含水样品的电势来测定pH。
电极可以具有碳区和pH敏感的碳区。例如，主电极可以是具有多个sp2碳区的BDD电极。主电极可以是工作电极。可以激光加工pH敏感碳区。碳区可以包含sp2碳材料，该材料可以包括用如硼之类的元素掺杂的金刚石状材料(BDD)。pH敏感碳区可以是被包括在硼掺杂金刚石系pH电极上的sp2碳区。“被包括”可以表示sp2碳区被引入到、整合到、包含在、激光微加工到或者以其他方式整合到硼掺杂金刚石电极中。换言之，尽管sp2碳区和硼掺杂金刚石被整合到同一电极中，但是它们是电极在化学方面不同的区域。碳区可以具有氧化的碳结构。氧化的碳结构可以具有醌基团或醌状基团。
通过所述方法和系统制备的电极还可以与至少一个参比电极和至少一个辅助电极一起使用。在一个实施方案中，所应用的电势协议(protocol)可以施加到第一测量电极。可以测量测量电极和参比电极之间的电势。在一个实施方案中，该电势可以对应于含水样品的pH测量结果。测量电极、至少一个参比电极和至少一个辅助电极可以可操作地连接至电路以测量、分析和存储样品的pH测量结果。
与其他碳基材料或金属材料(例如，银、金、汞、镍等)相比，BDD的使用充当更好的电极材料，这是因为这些材料可能更具有电催化活性，并且可能产生对pH测量中的误差有贡献的干扰信号。
将通过参照附图最好地理解所举例说明的示例性实施方案。以下描述仅用于举例说明，并且仅说明了某些示例性实施方案。
现在参照图1，一个实施方案可以确定用于电极的脉冲重叠改变。脉冲重叠改变(medication)可以是指其中对电极进行激光加工或施加激光脉冲以在电极面上产生功能区的方法。在一个实施方案中，电极可以是BDD电极。与玻璃电极相比，BDD电极可以降低易碎性、碱误差、湿储存需求等。
在一个实施方案中，电极可以测量样品的pH。在一个实施方案中，可以对电极进行激光加工或加工以将坑阵列引入到电极表面或面中。在一个实施方案中，坑的组合可以在电极上产生图案。激光加工可以在电极上引入sp2碳。sp2碳可以包括醌基团或醌状基团，这些基团可以进行质子耦合电子转移。在一个实施方案中，激光加工的电极可以用于进行电化学测量以测量电极上的pH响应，其中所观察到的峰可以表示样品的pH。
在一个实施方案中，BDD pH电极可以在缓冲溶液中在一定pH范围内以能斯特(Nernstian)方式工作。在无缓冲溶液中，BDD pH电极可能偏离预期理论响应。偏离可能与电极表面上存在的sp2碳的量和/或醌状基团的量相关。因此，对碳区加工的控制可能对精确电极的有效制造来说是至关重要的。所公开的系统和方法可以提供具有sp2区的合适BDDpH电极的更好制造。
在一个实施方案中，可以确定脉冲重叠改变以激光加工BDD pH电极。在一个实施方案中，可以使用2维加工过程来制造BDD pH电极。当三个以上激光脉冲重叠时，可以表征2维加工。2维加工可以导致更大的石墨化面积。2维加工可以导致在BDD表面内产生sp2碳。2维加工可以在BDD上产生加工超过一次(再加工)的部位。与单脉冲或单次激光加工相比，再加工可以导致sp2碳增加，并且可以产生不同的醌分布。在电极表面冷却下来之前的再加工可以导致产生更多的sp2碳。再加工可能效率低，并且导致较长的制造时间。
在一个实施方案中，可以确定不同的脉冲重叠改变。换言之，可以改变激光加工参数，以使得调整可以称为间距(pitch)的脉冲重叠。在一个实施方案中，可以调整脉冲重叠，使得在表面上的单个斑点被加工不超过两次。例如，利用1维脉冲重叠改变可以对区域进行激光加工。可以使用1维脉冲重叠改变来激光加工线、散列(hash)、圆、可以栅格化的线型形状等。
在一个实施方案中，可以使用0维脉冲重叠来制造电极。换言之，0维脉冲重叠可以不具有激光脉冲的重叠。0维重叠可以使得激光加工方法能够仅对表面进行一次加工。换言之，可以控制sp2碳区到BDD表面中的激光加工。
激光加工可以加热电极表面。可以选择脉冲重叠以最小化或缓解对电极表面的加热。确定脉冲重叠还可以有利于更快速和/或更加受控的激光加工过程。例如，较少的脉冲重叠可以减少在电极的一个区域上的多个激光脉冲，并且允许更有效方式的激光加工。
参照图2，可以选择图案的示例性实施方案。图案可以是指在电极表面上的激光加工的区域的形状或图案。图案可以是指阵列、一条或多条线、圆等。换言之，可以在一个或多个区域中激光加工BDD电极以产生sp2碳区。作为一个实例，可以将sp2碳区功能化为pH敏感的。在一个实施方案中，可以激光加工阵列(图2A)。阵列可以是在电极表面上的多个激光加工的斑点、区域、坑等。多个激光加工的区域基于电极应用或用途可以具有均匀的直径、不同的直径、可以均匀间隔开、间隔开等。
在一个实施方案中，可以激光加工至少一条线(图2B)。在一个实施方案中，可以存在激光加工的一条线或两条以上的线。线可以是平行或不平行的。线可以是均匀或不同的长度和/或宽度。激光加工可能不是直线。例如，激光加工可以是弯曲部分、S形几何形状等。
在一个实施方案中，可以激光加工圆形或椭圆状形状(图2C)。在一个实施方案中，圆形或椭圆形可以是同心或非同心的。圆形或椭圆形的间距和布置可以是均匀的或不同的。在一个实施方案中，可以进行在电极上的激光加工的任意组合。实例是举例说明性的，并且公开了其他实施方案。
参照图3，示出了脉冲重叠和图案的示例性实施方案。例如，示出了正方形(图3A)、五边形(图3B)和之字形(图3C)图案的激光加工。在一个实施方案中，脉冲重叠改变可以用于减少在电极上使用激光脉冲的再加工。在一个实施方案中，尽管脉冲重叠减少，但是仍可以存在脉冲重叠。在一个实施方案中，脉冲重叠可以在诸如几何形状的角的位置中出现。例如，如果(is)系统确定了1维脉冲重叠，则当加工过程改变方向比如转弯时，可以出现2维脉冲重叠。作为另一个实例，与形状的钝角相比，形状上的更尖锐的角可以产生更大的脉冲重叠。因此，尽管一个实施方案可以优选1维或0维脉冲重叠，但是在一些区域可以出现更大的脉冲重叠。在一个实施方案中，与电极上的整个激光加工表面相比，此更大的脉冲重叠可以是非常少量的区域。在一个实施方案中，所述系统可以减少在拐角、弯曲、转弯等中的激光脉冲以减少脉冲重叠。
在一个实施方案中，激光加工可以针对特定的应用进行调整。例如，可以减少脉冲重叠以减少对电极材料的加热。热量可能造成电极的损坏、耐受性降低、准确度降低等。在一个实施方案中，可以调整激光加工。可以调整的参数包括但不限于：激光脉冲的尺寸、直径、数量、尺寸、形状、加工时长、速度、深度等。在一个实施方案中，激光加工可以在相同或不同的电极上采用不同的参数。
所述方法和系统可以控制激光加工过程。例如，所述系统可以控制电极上的激光脉冲的x-y坐标、脉冲的时长、激光的移动速度、脉冲之间的等待时间、脉冲重叠、图案类型、直径、功率、深度等。所述系统可以依次或并行地激光加工一个或多个电极。所述系统可以根据用户的指令输入或根据在设备、云等上存储的数据库进行预编程。所述系统可以调整参数以适应用户需求、应用、品质控制协议等。
在一个实施方案中，激光加工的电极可以用于pH测量、干扰物测量、电化学测量等。所述系统可以具有至少一个参比电极。所述系统可以具有至少一个辅助电极。在一个实施方案中，所述系统可以包括电极，该电机是具有在电极面上激光加工的至少一个sp2碳区的BDD电极。在一个实施方案中，所述方法和系统可以包括另外的电极。另外的电极可以是没有sp2区或具有面积小于主电极的sp2面积的sp2区的BDD电极。在一个实施方案中，激光加工的电极可以是3-电极系统的一部分。例如，所述系统可以使用辅助电极、参比电极以及主电极或次电极进行测量。
激光加工的电极也可以与至少一个参比电极和一个辅助电极一起使用。在一个实施方案中，可以使用所应用的电势协议，并且可以在至少一个测量电极和至少一个参比电极之间测量所得电势。本文所述的系统和方法提供了一种用于准确测量在诸如具有低缓冲容量的样品或具有低电导率的样品之类的样品类型范围内的pH的技术。
在一个实施方案中，碳区可以具有BDD材料、BDD sp2材料、醌结构、醌状结构、氧化的碳结构等。可以在测量电极上激光加工碳材料。测量电极可以是BDD电极。激光加工可以是多个激光加工的部位或连续的区域。激光加工的区域可以是圆形或类圆形形状，比如圆形、椭圆形等。换言之，公开了碳区的其他形状，并且可以将碳区的其他形状激光加工成测量电极的特定用途或构造。
在一个实施方案中，可以针对特定的用途构建激光加工的sp2区的尺寸、深度或表面积。换言之，可以根据待测量样品内的实际或预期的pH范围、电导率范围、缓冲容量、重金属类型、粒子或组分的尺寸等加工sp2区。在一个实施方案中，sp2碳区可以具有不同的数量和/或直径。例如，单个sp2激光加工区的直径可以更大或更小。作为另一个实例，可以增加或减少在给定电极上的sp2区的数量。可以增大或减小电极上的sp2区的直径和数量。
在一个实施方案中，激光加工的电极可以完全地或至少部分地设置在水溶液的容积中。例如，如果将水溶液引入到具有一个或多个电极的腔室中，则水溶液可以至少部分地覆盖一个或多个电极。作为另一个实例，一个或多个电极可以部分地设置在腔室内，而电极的其他部分在腔室之外。因此，当将水溶液引入到该腔室中时，其仅覆盖电极在该腔室内的部分。
激光加工的电极可以测量含水样品体积在至少一个测量电极和至少一个参比电极之间的电势。测量系统可以或者具有一个测量电极和一个参比电极，或者具有多个测量电极和多个参比电极。
可以测量一个或多个电极例如一系列电极之间的电势。在一个实施方案中，主测量电极可以用于测量可归因于含水样品的pH的电势。测量电极可以包含碳区。上文描述了碳区。可以激光加工碳区。在一个实施方案中，碳区可以是BDD、BDD sp2、氧化的碳结构、醌、醌状结构等。碳区可以是类圆形形状、线、几何形状等的连续区域。
因此，本文所述的各实施方案代表对用于pH测量的常规方法和仪器的技术改进。使用本文所述的技术，一个实施方案可以使用用于pH测量用仪器的方法和装置。这与具有上述限制的常规方法形成对比。这样的技术提供一种构建pH测量用仪器的更好方法。
尽管在信息处理设备中可以使用各种其他的电路、电路系统或部件，但是关于根据本文所述的各实施方案中任一个所述的pH测量用仪器，图4中示出了一个实例。设备电路系统10’可以包括基于芯片设计的测量系统，例如，特定的计算平台(例如，移动计算、桌面计算等)。在单个芯片11’中组合了软件和一个或多个处理器。本领域中众所周知的是，处理器包括内部运算器、寄存器、高速缓冲存储器、总线、I/O端口等。内部总线等取决于不同的供应商，但是基本上所有外围设备(12’)都可以连接至单个芯片11’。电路系统10’将处理器、存储器控制和I/O控制器集线器都组合到单个芯片11’中。另外，此类型的系统10’一般不使用SATA或PCI或LPC。例如，公用接口包括SDIO和I2C。
存在一个或多个电源管理芯片13’，例如，电池管理单元(BMU)，其管理例如通过可充电电池14’(其可以通过连接至电源(未示出)再充电)供应的功率。在至少一种设计中，使用单个芯片比如11’来提供类似BIOS的功能和DRAM存储器。
系统10’一般包括用于连接各个网络比如无线电通信网络和无线互联网设备(例如，接入点)的WWAN收发器15’和WLAN收发器16’中的一个或多个。另外，通常包括设备12’，例如，发射和接收天线、振荡器、PLL等。系统10’包括用于数据输入和显示/渲染的输入/输出设备17’(例如，用户可容易接近的远离单光束系统定位的计算位置)。系统10’一般还包括各种存储器设备，例如闪存18’和SDRAM 19’。
由前述内容可以理解，一个或多个系统或设备的电子元件可以包括但不限于：至少一个处理单元、存储器以及将各个元件(包括存储器)与一个或多个处理单元连接的通信总线或通信装置。系统或设备可以包括或访问各种设备可读介质。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器(比如只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM))形式的设备可读存储介质。举例来说但非限制地，系统存储器还可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。所公开的系统可以在pH测量用仪器的实施方案中使用。
本领域技术人员将会理解，各方面可以作为系统、方法或设备程序产品来实施。因此，各方面可以采取完全硬件实施方案或包括软件在内的实施方案的形式，其在本文中都统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取设备程序产品的形式，所述设备程序产品体现为在其中具有设备可读程序代码的一个或多个设备可读介质。
应注意，本文所述的各种功能可以使用存储在设备可读存储介质(比如非信号存储设备)上的指令来实施，其中指令由处理器执行。在本文的情况下，存储设备不是信号，并且“非暂态(non-transitory)”包括除了信号介质以外的所有介质。
用于进行操作的程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合编写。程序代码可以完全在单个设备上、部分地在单个设备上、作为独立的软件包、部分地在单个设备上并且部分地在另一个设备上或完全在其他设备上执行。在一些情况下，设备可以通过任何类型的连接或网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))进行连接，或者连接可以通过其他设备(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)、通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(比如通过USB连接)进行连接。
在本文中参照附图描述了示例性实施方案，所述附图示出了根据各个示例性实施方案的示例性的方法、设备和产品。要理解的是，动作和功能可以至少部分地通过程序指令来实施。可以将这些程序指令提供至设备(例如，如图1所示的测量设备)或其他可编程数据处理设备的处理器以生产机器，使得通过设备的处理器执行的指令实施所指定的功能/动作。
应注意，本文中提供的值应解释为包括通过使用术语“约”所示的等同值。等同值对于本领域普通技术人员来说将会是明显的，但是至少包括通过对最后有效数位进行普通四舍五入得到的值。
已经提供本公开用于举例说明和描述，但不打算将其作为穷举或限制性的。多种改变和变化对于本领域普通技术人员来说将会是明显的。选择并且描述示例性实施方案以解释原理和实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的多种改变的多个实施方案的公开内容。
因此，尽管本文中已经参照附图描述了举例说明的示例性实施方案，但是应理解，此描述不是限制性的，并且在不背离本公开的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以在其中实现各种其他变化和改变。
Claims (20)
1.一种用于制造具有碳区的pH电极，所述方法包括：
为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变；
选择用于加工所述碳区的图案；以及
通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区。
2.权利要求1所述的方法，其中所述脉冲重叠改变为1维重叠。
3.权利要求1所述的方法，其中所述脉冲重叠改变为0维重叠。
4.权利要求1所述的方法，其中所述图案为在所述BDD电极表面上的多个斑点。
5.权利要求1所述的方法，其中所述图案为在所述BDD电极表面上的多条平行线。
6.权利要求1所述的方法，其中所述图案为多个同心圆。
7.权利要求1所述的方法，其中所述确定至少一个脉冲重叠改变基于所选择的图案进行。
8.权利要求1所述的方法，其中所述BDD电极表面的碳区是pH敏感的。
9.权利要求1所述的方法，其中所述测量电极的所述碳区包括以下各项中的至少一项：氧化的碳结构和醌状基团。
10.权利要求1所述的方法，其中所述至少一个脉冲重叠改变被确定为减少进入所述BDD电极表面中的sp2碳的量。
11.一种用于激光加工具有碳区的pH电极的装置，所述装置包括：
具有提供激光脉冲的激光器的加工设备；
处理器；
存储器设备，所述存储器设备存储所述处理器可执行的用于以下各项的指令：
为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变；
选择用于加工所述碳区的图案；以及
通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区。
12.权利要求11所述的装置，其中所述脉冲重叠改变为1维重叠。
13.权利要求11所述的装置，其中所述脉冲重叠改变为0维重叠。
14.权利要求11所述的装置，其中所述图案为在所述BDD电极表面上的多个斑点。
15.权利要求11所述的装置，其中所述图案为在所述BDD电极表面上的多条平行线。
16.权利要求11所述的装置，其中所述图案为多个同心圆。
17.权利要求11所述的装置，其中所述确定至少一个脉冲重叠改变基于所选择的图案进行。
18.权利要求11所述的装置，其中所述BDD电极表面的碳区是pH敏感的。
19.权利要求11所述的装置，其中所述测量电极的所述碳区包括以下各项中的至少一项：氧化的碳结构和醌状基团。
20.一种用于激光加工具有碳区的pH电极的系统，所述系统包括：
具有提供激光脉冲的激光器的加工设备；
包括BDD电极表面的BDD电极；以及
其中存储有代码的存储设备，所述代码可由所述处理器执行并且包括：
为在加工所述碳区时使用的激光脉冲确定至少一个脉冲重叠改变的代码；
选择用于加工所述碳区的图案的代码；以及
通过将激光以具有所述至少一个脉冲重叠改变的所选择图案脉冲施加到所述BDD电极表面上来加工具有所述至少一个脉冲重叠改变且为所选择图案的sp2碳区的代码。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101257993A (zh) * | 2005-08-22 | 2008-09-03 | 罗威阿克有限公司 | 用激光脉冲切除材料的方法及设备，其单个激光脉冲能量低于切除材料用的激光脉冲的能量 |
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| US20170125251A1 (en) * | 2014-06-13 | 2017-05-04 | Irepa Laser | Method for manufacturing selective surface deposition using a pulsed radiation treatment |
| US20170129054A1 (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-11 | Nlight, Inc. | Rust free stainless steel engraving |
| CN109477811A (zh) * | 2016-06-16 | 2019-03-15 | 哈希公司 | 氯、氧化还原电位(orp)和ph测量探针 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101257993A (zh) * | 2005-08-22 | 2008-09-03 | 罗威阿克有限公司 | 用激光脉冲切除材料的方法及设备，其单个激光脉冲能量低于切除材料用的激光脉冲的能量 |
| WO2015000769A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | Element Six Technologies Limited | Boron doped diamond based electrochemical sensors |
| WO2015144572A1 (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-01 | Element Six Technologies Limited | Diamond based electrochemical sensor heads |
| US20170125251A1 (en) * | 2014-06-13 | 2017-05-04 | Irepa Laser | Method for manufacturing selective surface deposition using a pulsed radiation treatment |
| US20170129054A1 (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-11 | Nlight, Inc. | Rust free stainless steel engraving |
| CN109477811A (zh) * | 2016-06-16 | 2019-03-15 | 哈希公司 | 氯、氧化还原电位(orp)和ph测量探针 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| TANIA L. READ等: "In Situ Control of Local pH Using a Boron Doped Diamond Ring Disk Electrode: Optimizing Heavy Metal (Mercury) Detection", 《ANAL. CHEM.》, vol. 86, pages 367 - 371, XP055140575, DOI: 10.1021/ac403519p * |
| ZOËJ. AYRES等: "Controlled sp2 Functionalization of Boron Doped Diamond as a Route for the Fabrication of Robust and Nernstian pH Electrodes", 《ANAL. CHEM.》, vol. 88, pages 974 - 980 * |
| 潘东成 等: "纳秒激光脉冲加工制作网印石墨烯薄膜电极工艺", 《新余学院学报》, vol. 23, no. 6, 31 December 2018 (2018-12-31), pages 24 - 29 * |
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