CN115561292A - 一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 - Google Patents
一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115561292A CN115561292A CN202211206526.6A CN202211206526A CN115561292A CN 115561292 A CN115561292 A CN 115561292A CN 202211206526 A CN202211206526 A CN 202211206526A CN 115561292 A CN115561292 A CN 115561292A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- conductive film
- electrode
- light
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 5
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000007888 film coating Substances 0.000 claims 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 3
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010048038 Wound infection Diseases 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000037368 penetrate the skin Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/305—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells optically transparent or photoresponsive electrodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1468—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means
- A61B5/1473—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means invasive, e.g. introduced into the body by a catheter
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
- A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法，该光纤微电极包括光纤内层、导电膜层和光电材料层，光纤内层一端加工有透光面，光纤内层的外周部包覆导电膜层，导电膜层沿轴向分隔为互不接触的两个区域，分别用作工作电极和对电极，工作电极区域在对应于透光面一端的外侧设有光电材料层。该制备方法包括：（1）将光纤切割成小段并在其一端加工透光面，得到具有透光面的光纤内层；（2）采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射导电膜，形成导电膜层；（3）在导电膜层左右两侧沿轴向分割形成工作电极区域和对电极区域；（4）在工作电极区域对应于透光面一端的外侧加工光电材料层。该方法制备的光纤微电极体积小，应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于光电化学领域，具体涉及一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法。
背景技术
光电化学（PEC）是指在光的照射下，光电活性材料受光激发产生载流子，促使电极表面发生氧化还原反应，最终产生电信号的学科。在能量形式上，PEC实现了光能、电能和化学能的转换。由于能量形式的分离，PEC技术具有优异的信噪比，被越来越多地应用在生物样本和环境样本的检测当中。除此之外，该技术灵敏度高，易于微型化，成本较低，环保节能，在近些年来得到了快速的发展。目前，PEC传感技术局限于对样本的离线检测，几乎不能对生物体进行原位测量。然而，开发对动物体内物质进行原位监测的方法是分析化学、生命科学、生物医学等多个领域的重点研究方向，对人们了解生物生命机能有着重大的意义。PEC传感技术作为传感领域的新星，有必要推进其在生物体原位检测中的应用。
PEC传感技术用于生物体原位检测中的瓶颈包括以下部分。较大的光电极尺寸，以及动物皮肤对光源波长的限制。这两个限制在应用时会造成以下几个具体问题。第一，大尺寸的光电极在埋入动物体内的过程中，会对动物体造成比较大的伤口，增加了伤口感染的风险。这不利于长时间的检测。第二，光电化学传感通常采用三电极或双电极系统，这势必会对生物体造成多处创伤，这不利于实际应用。第三，大部分光电材料仅能在紫外-可见光光区被激发产生电信号，而紫外-可见光几乎不能穿透哺乳动物的皮肤，更加难以激发埋在皮下的光电极。而近红外光虽然可以穿透皮肤，但其能量太低无法激发电极材料。第四，光电信号的强度与光电极的受光面积成正相关关系，缩小光电极的尺寸，意味着光电极的受光面积减小，光电信号降低。在活体检测中获得足够的光电信号强度，对光电材料活性，和电极制备工艺是非常巨大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法，该方法制备的光纤微电极体积小，应用范围广。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双电极一体化光电化学光纤微电极，包括光纤内层、导电膜层和光电材料层，所述光纤内层一端加工有透光面，所述光纤内层的外周部包覆有所述导电膜层，所述导电膜层沿轴向分隔为互不接触的两个区域，分别用作工作电极和对电极，工作电极区域在对应于透光面一端的外侧设有所述光电材料层。
进一步地，所述导电膜层的材料为氧化铟锡或掺氟氧化锡，所述光电材料层的材料为氧化锌、二氧化钛、三氧化钨或二硫化钼。
本发明还提供了上述双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备光纤内层：将光纤切割成一定长度的小段，得到光纤内层；并在光纤内层一端加工设定长度的透光面，得到具有透光面的光纤内层；
（2）制备导电膜层：采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射一定厚度的导电膜，形成导电膜层；
（3）分隔双电极区域：在导电膜层左右两侧沿轴向分割导电膜层，形成互不接触的两个区域，一个区域用作工作电极，另一个区域用作对电极，得到双电极一体化的光纤电极；
（4）制备光电材料层：在工作电极区域对应于透光面一端的外侧加工光电材料层。
进一步地，所述步骤（1）中，光纤直径小于1.0毫米，切割成长度为9~10 cm的小段，并在其一端加工长度为0.5~1.5cm的透光面。
进一步地，所述步骤（1）中，采用有机溶剂去除光纤包层，或采用砂纸对光纤进行打磨，以加工得到透光面，允许光从光纤内部向外逸出。
进一步地，所述步骤（2）中，通过镀膜机采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射厚度为250~350nm的导电膜。
进一步地，所述步骤（4）中，采用蘸取法在对应于透光面一端的工作电极区域外侧蘸取光电材料的分散液，形成光电材料层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该方法制备的双电极一体化光电化学光纤微电极，实现了光电极材料被来自电极内部的光源激发产生光电信号的模式，实现了多电极一体化，比光电化学现有的大部分电极的尺寸都要小，非常便携。该方法操作简单，可批量快速制备。本发明可应用于便携式光电化学测试系统的构建，环境样品的深度快速监测，生物样本原位检测等领域，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的双电极一体化光电化学光纤微电极的结构示意图；
图2为本发明实施例中双电极一体化Cu2O光纤电极的光电流-时间曲线图；
图3为本发明实施例中双电极一体化纳米TiO2光纤电极的光电流-时间曲线图；
图4为本发明实施例中双电极一体化光电化学光纤微电极与现有常规光电极的装置对比图；
图5为本发明实施例中现有常规TiO2负载的导电玻璃光电极在埋入式应用场景中的光电流曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种双电极一体化光电化学光纤微电极，包括光纤内层、导电膜层和光电材料层，所述光纤内层一端加工有透光面，所述光纤内层的外周部包覆有所述导电膜层，所述导电膜层沿轴向分隔为互不接触的两个区域，分别用作工作电极和对电极，工作电极区域在对应于透光面一端的外侧设有所述光电材料层。
在本实施例中，所述导电膜层的材料为氧化铟锡或掺氟氧化锡，所述光电材料层的材料为氧化锌、二氧化钛、三氧化钨或二硫化钼。
本发明所提供的双电极一体化光电化学光纤微电极的各部分结构的作用及原理如下：
光纤内层：对光纤一端进行侧面透光处理，让光能够从光纤侧面发散。光纤上透光处理的部分以备后续负载光电材料，达到光线能激发材料的目的。
导电膜层：由于光纤本身不导电，作为电极需要添加导电层。导电膜层处于光纤与半导体材料中间，为了使光纤中溢出的光线能够不受遮挡地照射半导体材料，导电膜层必须是无色透明的。同时，导电膜被加工成互不接触的两半，得以将光纤分区，成为一体化的双电极。
光电材料层：具有光电活性的半导体材料能够在光照激发下，从绝缘体变成导体，产生光电流、光电压等电化学信号，是光电化学的核心，是必不可缺的部分。半导体经光照，价带上的电子受到激发，跃迁到导带上，在原本的价带上留下相当于正电荷的空穴，从而在半导体中形成电子-空穴对。由于连接了外电路，光电载流子会流向外电路，从而可以在外电路中获得光电流信号。而光电极所处环境中的氧化还原物质，会与半导体中的光生电子或空穴发生反应，从而影响半导体的电荷传输，外电路中收集到的光电信号就会发生改变。
本实施例还提供了双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备光纤内层：将光纤切割成一定长度的小段，得到光纤内层；并在光纤内层一端加工设定长度的透光面，得到具有透光面的光纤内层。
其中，光纤不限材质，且直径小于1.0毫米。使用时切割成长度为9~10 cm的小段，并在其一端加工长度为0.5~1.5cm的透光面。透光面的长度也可以根据实际应用场景调整。
在本实施例中，可以采用有机溶剂去除光纤包层，或采用砂纸对光纤进行打磨，以加工得到透光面，从而破坏光纤的全反射模式，允许光从光纤内部向外逸出。
（2）制备导电膜层：采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射一定厚度的导电膜，形成导电膜层，从而使光纤被加工成光纤电极。
在本实施例中，采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射厚度为250~350nm的导电膜。其中，导电膜的材料可采用氧化铟锡或掺氟氧化锡，镀膜采用镀膜机。
（3）分隔双电极区域：在导电膜层左右两侧沿轴向分割导电膜层，形成互不接触的两个区域，一个区域用作工作电极，另一个区域用作对电极，从而在单根光纤电极上实现了双电极集成，得到双电极一体化的光纤电极。
（4）制备光电材料层：在工作电极区域对应于透光面一端的外侧加工光电材料层。
在本实施例中，可采用蘸取法等方法在对应于透光面一端的工作电极区域外侧蘸取光电材料的分散液，形成光电材料层，从而赋予双电极一体化光纤微电极光电响应能力。
实施例1
光纤透光面的加工：
采用市售的塑料光纤，直径1.0 mm，透明无色，纤芯材料为改性聚甲基丙烯甲酯（PMMA），包层材料为氧树脂，最小弯曲半径为10倍光纤直径，传白光长度25~30 m，光纤规格公差为直径的6%。将光纤切割成9~10 cm的小段，使用砂纸将光纤小段的一端进行360度打磨，获得长度约1.0 cm的磨砂面。最后将打磨好的光纤依次用乙醇和超纯水超声清洗。
光纤导电膜的制备：
采用直流溅射（DC sputtering）法在打磨好的光纤上镀导电膜。导电膜材料选用氧化铟锡（ITO）,镀膜采用北京泰科诺科技有限公司的JCP-350M3镀膜机，在溅射电流为60mA，溅射电压325V的条件下在光纤上全面溅射厚度为300 nm 的ITO膜，导电光纤得以制备。使用刮刀将导电膜刮出绝缘线，实现将光纤导电区域一分为二。
光纤光电材料层的制备：
本实施例选用氧化亚铜（Cu2O）作为光电材料的例子。蘸取法制备：将预先制备好的氧化亚铜粉末用溶剂分散，配制成浓度为1.0 mg/mL的分散液，用光纤上一个导电区域蘸取该分散液，于37℃烘干。该过程重复3次。即在导电光纤上负载了Cu2O材料层，获得了双电极一体化的Cu2O光纤微电极。
本实施例中的Cu2O可以更换为其他的半导体材料，随之更改相应的实验参数即可。一种双电极一体化光电化学光纤微电极得以制备，光电性能光纤电极的结构如图1所示。
应用例1
上述双电极一体化光电化学光纤微电极的应用：
对实施例1中的双电极一体化Cu2O光纤电极进行光电化学（PEC）测试。实验装置如图4（A），电化学工作站的两根电极线分别连接在本发明的两个导电区域，在波长为533 nm的光纤专用内部光源照射下，采用电化学工作站测得时间-电流曲线，如图2所示。实验结果显示，负载长度1.0 cm的Cu2O光纤电极能产生强度约15.0 nA的光电流，且强度稳定，效果明显。
实施例2
光纤透光面的加工：
采用市售的石英光纤，直径250 mm，透明无色，将光纤切割成9~10 cm的小段，将光纤的一端浸没在丙酮中，浸没深度为1.0 cm，随后剥掉光纤包层，即获得长度1.0 cm的透光面。
光纤导电膜的制备：
采用直流溅射（DC sputtering）法在打磨好的光纤上镀导电膜。导电膜材料选用氧化铟锡（ITO）,镀膜采用北京泰科诺科技有限公司的JCP-350M3镀膜机，在溅射电流为60mA，溅射电压325V的条件下在光纤上全面溅射厚度为300 nm 的ITO膜，导电光纤得以制备。使用刮刀将导电膜刮出绝缘线，实现将光纤导电区域一分为二。
光纤光电材料层的制备：本实施例选用二氧化钛（TiO2）作为光电材料的例子。使用蘸取法制备：将预先制备好的TiO2用超纯水配置浓度为1.0 mg/mL的分散液，用光纤上一个导电区域蘸取该分散液，于37℃烘干。该过程重复3次。获得了双电极一体化的TiO2光纤微电极。
本实施例中的TiO2可以更换为其他的半导体材料，随之更改相应的实验参数即可。
应用例2
上述双电极一体化光电化学光纤微电极的应用：
对实施例2中双电极一体化的TiO2光纤微电极进行PEC测试。实验装置如图4（A），电化学工作站的两根电极线分别连接在本发明的两个导电区域，在波长为365 nm的光纤专用内部光源照射下，采用电化学工作站测得时间-电流曲线，如图3所示。实验结果显示，负载长度1.0 cm的TiO2光纤电极能产生强度约20.0 nA的光电流，且强度稳定，效果明显。
为了突出本发明的应用优势，将本发明内部光照模式的PEC光纤电极与领域内常规外部光照模式的PEC片状电极在埋入式样本检测中的应用效果进行了对比。图4是装置对比图，由于电极是埋入在样本中的，相当于电极被插在了一个不透光的黑色样品池中。如图4（A），本发明的PEC光纤电极上的TiO2被由光纤内部导入的光激发，仍然可以产生非常强的光电流信号（如图3）。反观图4（B），行业内普遍使用的常规PEC片状电极，必须使用外部光源对光电材料进行激发。而在埋入式样品的测试场景中，外部光源无法透过样品到达电极表面，故无法激发电极上的光电材料，因此无法获得光电信号，测试无效。所以，常规的PEC电极是无法被应用在埋入式样本测试中的。作为对比，本实施例给出了常规的TiO2负载的导电玻璃电极在黑色样品池中，使用外部氙灯照射的光电流曲线。如图5所示，可以清楚地看出，并没有光电流信号产生，不规则的波动曲线来自于电化学仪器本身的误差。
基于以上实验，证明本发明双电极一体化光电化学光纤微电极不仅在保留双电极功能的情况下集成简化了装置，还实现了采用电极内部光源激发电极材料的形式，挣脱了传统PEC光电极无法在埋入式样本中测试的限制。因此，生物活体埋入式原位检测，环境样本的深度原位检测等都是本发明非常有希望的潜在应用场景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种双电极一体化光电化学光纤微电极，其特征在于，包括光纤内层、导电膜层和光电材料层，所述光纤内层一端加工有透光面，所述光纤内层的外周部包覆有所述导电膜层，所述导电膜层沿轴向分隔为互不接触的两个区域，分别用作工作电极和对电极，工作电极区域在对应于透光面一端的外侧设有所述光电材料层。
2.根据权利要求1所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极，其特征在于，所述导电膜层的材料为氧化铟锡或掺氟氧化锡，所述光电材料层的材料为氧化锌、二氧化钛、三氧化钨或二硫化钼。
3.根据权利要求1或2所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备光纤内层：将光纤切割成一定长度的小段，得到光纤内层；并在光纤内层一端加工设定长度的透光面，得到具有透光面的光纤内层；
（2）制备导电膜层：采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射一定厚度的导电膜，形成导电膜层；
（3）分隔双电极区域：在导电膜层左右两侧沿轴向分割导电膜层，形成互不接触的两个区域，一个区域用作工作电极，另一个区域用作对电极，得到双电极一体化的光纤电极；
（4）制备光电材料层：在工作电极区域对应于透光面一端的外侧加工光电材料层。
4.根据权利要求3所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，光纤直径小于1.0毫米，切割成长度为9~10 cm的小段，并在其一端加工长度为0.5~1.5cm的透光面。
5.根据权利要求3所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用有机溶剂去除光纤包层，或采用砂纸对光纤进行打磨，以加工得到透光面，允许光从光纤内部向外逸出。
6.根据权利要求3所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，通过镀膜机采用直流溅射法在光纤内层的外周部溅射厚度为250~350nm的导电膜。
7.根据权利要求3所述的一种双电极一体化光电化学光纤微电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，采用蘸取法在对应于透光面一端的工作电极区域外侧蘸取光电材料的分散液，形成光电材料层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211206526.6A CN115561292A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211206526.6A CN115561292A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115561292A true CN115561292A (zh) | 2023-01-03 |
Family
ID=84743382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211206526.6A Pending CN115561292A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115561292A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116087306A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-09 | 暨南大学 | 一种电化学吸附行为光纤电极原位检测系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110823978A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-21 | 南京大学 | 一种可穿戴光电化学生物传感器及其制备方法 |
| CN111141801A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-12 | 西安交通大学 | 一种一体化超微电极及其制备方法和应用 |
| CN111665373A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-15 | 上海大学 | 一种探测光电材料微区光电性能的方法 |
| CN113376230A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 福州大学 | 一种采用电极内部光照模式的光电化学光纤微电极及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-30 CN CN202211206526.6A patent/CN115561292A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110823978A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-21 | 南京大学 | 一种可穿戴光电化学生物传感器及其制备方法 |
| CN111141801A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-12 | 西安交通大学 | 一种一体化超微电极及其制备方法和应用 |
| CN111665373A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-15 | 上海大学 | 一种探测光电材料微区光电性能的方法 |
| CN113376230A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 福州大学 | 一种采用电极内部光照模式的光电化学光纤微电极及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116087306A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-09 | 暨南大学 | 一种电化学吸附行为光纤电极原位检测系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| De Jongh et al. | Charge carrier dynamics in illuminated, particulate ZnO electrodes | |
| CN115561292A (zh) | 一种双电极一体化光电化学光纤微电极及其制备方法 | |
| CN104897639A (zh) | 采用TiO2NTs/Ti片状电极的原位拉曼光电化学池及其应用 | |
| CN101162199A (zh) | 热控电极电致化学发光检测装置及检测池制备方法 | |
| CN103913496A (zh) | 一种修饰玻碳电极的制备方法及其应用 | |
| CN106525942B (zh) | 一种以时间为读取信号的光致电传感器的构建方法 | |
| US8749778B2 (en) | Method for evaluation of oxide semiconductor electrode, apparatus for evaluation of oxide semiconductor electrode, and apparatus for production of oxide semiconductor electrode | |
| CN102109467A (zh) | 定量检测痕量罗丹明6g的方法 | |
| CN113376230B (zh) | 一种采用电极内部光照模式的光电化学光纤微电极及其制备方法 | |
| CN112098485A (zh) | 一种基于传感分离策略的光电化学适配体传感器及其制备方法与应用 | |
| Pennarun et al. | Micro-optical ring electrode: development of a novel electrode for photoelectrochemistry | |
| CN109738502B (zh) | 一种Fe2O3薄膜电极的制备方法及其在光电化学葡萄糖传感器的应用 | |
| CN106206045B (zh) | 背光式染料敏化太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108982627A (zh) | 一种无酶葡萄糖光电化学传感器以及葡萄糖浓度的检测方法 | |
| CN109239155A (zh) | 无酶葡萄糖光电化学传感器、无酶葡萄糖浓度的检测方法 | |
| CN112730543B (zh) | 用于快速检测化学需氧量的便携电位型光电化学传感器的构建方法 | |
| CN105938100A (zh) | 一种基于有序介孔碳和聚苯胺的鲁米诺阴极电致化学发光激发新方法 | |
| Zang et al. | Enhanced photoelectrochemical behavior of CdS/WS2 heterojunction for sensitive glutathione biosensing in human serum | |
| CN105259226B (zh) | 一种双波长检测抗坏血酸的装置及方法 | |
| CN206059181U (zh) | 背光式染料敏化太阳能电池 | |
| Santos et al. | Photoelectroanalytical detection of adrenaline based on DNA and TiO 2 nanoparticles sensitized with Bis (ethylenedithio) tetrathiafulvalene exploiting LED light | |
| CN102033085A (zh) | 氰戊菊酯农药检测方法 | |
| Li et al. | 3D/1D heterostructure of p-BiOBr nanoflowers modified n-TiO2 nanorod arrays for highly sensitive photoelectrochemical determination of hydrogen peroxide | |
| CN107271509A (zh) | 一种光电化学传感电极的制备方法 | |
| CN111273094B (zh) | 一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头应用系统及光纤传感探头的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |