PL248329B1 - Sposób otrzymywania elektrody - Google Patents

Sposób otrzymywania elektrody

Info

Publication number
PL248329B1
PL248329B1 PL440577A PL44057722A PL248329B1 PL 248329 B1 PL248329 B1 PL 248329B1 PL 440577 A PL440577 A PL 440577A PL 44057722 A PL44057722 A PL 44057722A PL 248329 B1 PL248329 B1 PL 248329B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
graphene
matrix
nanodiamond
electrode
polylactic acid
Prior art date
Application number
PL440577A
Other languages
English (en)
Other versions
PL440577A1 (pl
Inventor
Robert Bogdanowicz
Mateusz Ficek
Michał Rycewicz
Daria Majchrowicz
Anna Dettlaff
Marcin Kowalski
Mateusz Brodowski
Original Assignee
Politechnika Gdanska
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Gdanska filed Critical Politechnika Gdanska
Priority to PL440577A priority Critical patent/PL248329B1/pl
Priority to EP23460007.0A priority patent/EP4242648B1/en
Publication of PL440577A1 publication Critical patent/PL440577A1/pl
Publication of PL248329B1 publication Critical patent/PL248329B1/pl

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/278—Diamond only doping or introduction of a secondary phase in the diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • 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
    • G01N27/307—Disposable laminated or multilayered electrodes
    • 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
    • G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
    • 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
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • 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
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania ,przedstawionej na rysunku elektrody z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) lub przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) domieszkowanego grafenem jako warstwy wewnętrznej, polegający na wytworzeniu matrycy wydrukowanej w technologii trójwymiarowej (3D), metodą osadzania topionego materiału (FDM — ang. Fused Deposition Modeling) oraz połączeniu z warstwą zewnętrzną, gdzie warstwą zewnętrzną jest folia nanodiamentowa (NDF), korzystnie domieszkowana borem lub azotem, którą nanosi się bezpośrednio na matrycę wydrukowaną w 3D, a wymagana temperatura matrycy do transferu folii wynosi 150°C - 300°C.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania elektrody, która może być wykorzystana jako elektroda pracująca w sensorach elektrochemicznych oraz biosensorach.
Z opisu zgłoszenia patentowego WO 2020233160 A1 znany jest wynalazek opisujący elastyczne przezroczyste elektrody, a w szczególności sposób wytwarzania elastycznej przezroczystej elektrody w technologii druku trójwymiarowego - 3D na bazie siatki metalowej oraz jej zastosowania.
Z opisu patentowego KR 101730396 B1 znana jest kompozytowa elektroda grafitowo-polimerowa do stosowania w różnych technikach elektrochemicznych, takich jak cykliczna woltamperometria różnych par redoks, amperometryczne wykrywanie nadtlenku wodoru, woltamperometria odpędzania jonów ołowiu (II), elektroosadzanie cynku i elektropolimeryzacja aniliny w środowisku wodnym. Natomiast z opisu patentowego CN 102943315 B znane jest włókno przewodzące PLA (kwas polimlekowy) i sposób jego wytwarzania. Włókno przewodzące może być traktowane jako materiał elektrody, materiał antystatyczny, niskotemperaturowy materiał grzewczy, elektromagnetyczny materiał ekranujący, materiał wrażliwy na ciepło, materiał wrażliwy na gaz i tym podobne.
Jedną z najpopularniejszych technik druku 3D, jest proces FDM (ang. Fused Deposition Modeling). Druk 3D z użyciem włókien przewodzących na bazie węgla przyjął się w chemii analitycznej i elektrochemii. Opisano to m.in. w publikacjach A. Ambrosi i inni, „3D-printing technologies for electrochemical applications”, Chem. Soc. Rev. 45, 2740-2755 (2016) oraz G.N. Meloni, „3D Printed and Microcontrolled: The One Hundred Dollars Scanning Electrochemical Microscope”, Anal. Chem. 89, 8643-8649 (2017). W szczególności jako materiał wyjściowy do elektrod stosowanych w czujnikach elektrochemicznych lub biosensorach użyto dostępnej w handlu sadzy/PLA, co opisano w publikacji V. Katseli, i inni „Single-step fabrication of an integrated 3D-printed device for electrochemical sensing applications”, Electrochem. Commun. 103, 100-103 (2019). W publikacji R.M. Cardoso, i inni „3D-printed flexible device combining sampling and detection of explosives”, Sensors Actuators, B Chem. 292, 308-313 (2019), opisano jako material wyjściowy do elektrod grafen/PLA.
Diamenty od zawsze wzbudzały ludzką ciekawość ze względu na unikalne właściwości. Charakteryzują się bardzo dużą twardością (ok. 10 000 w skali Vickersa), stabilnością chemiczną, biokompatybilnością oraz przezroczystością w szerokim zakresie promieniowania optycznego - od ultrafioletu do dalekiej podczerwieni. Ze względu na biokompatybilność, odporność chemiczną i bardzo dobre właściwości mechaniczne zastosowanie struktur diamentowych ma duży potencjał.
Ich właściwości można również dostroić, zmieniając parametry procesu osadzania np. temperatura, czas, skład mieszaniny gazów roboczych, podłoże. Zestaw tak wyjątkowych właściwości zaowocował licznymi zastosowaniami diamentu w wielu dziedzinach nauki, biomedycyny i technologii, co opisano m.in. w publikacji Rifai, A. i inni „Polycrystalline Diamond Coating of Additively Manufactured Titanium for Biomedical Applications”. ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 8474-8484 (2018).
Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego PL 425610 A sposób wytwarzania folii diamentowych. Cienkie folie diamentowe nazywane nanodiamentowymi (NDF) wytwarzane są w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej, wspomaganego plazmą mikrofalową (ang. Microwave Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition, MW PA CVD).
Do tej pory tylko kilka grup badawczych zajmuje się foliami diamentowymi, przede wszystkim skupiając się na procesie osadzania, charakteryzacji takiej struktury oraz metodach przenoszenia powstałego materiału na powierzchnię docelową. Opisano to w publikacji Lodes, M. A., Kachold, F. S. & Rosiwal, S. M. „Mechanical properties of micro- and nanocrystalline diamond foils”, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 373, 20140136 (2015) oraz Engenhorst, M. i inni „Thermoelectric transport properties of boron-doped nanocrystalline diamond foils”, Carbon 81, 650-662 (2015). W artykule Bogdanowicz, R. i inni „Growth and Isolation of Large Area Boron-Doped Nanocrystalline Diamond Sheets: A Route toward Diamond-on-Graphene Heterojunction”, Advanced Functional Materials 29, 1805242 (2019) autorzy przedstawili proces osadzania się folii na dużym obszarze, scharakteryzowali jej właściwości i zademonstrowali potencjalne zastosowania. Opisano również skuteczną metodę wytwarzania cienkich, wielkopowierzchniowych folii diamentowych, ujawniając interesujące właściwości transferu elektronicznego wraz z wydajnym tunelowaniem w konfiguracji połączenia diament-na-grafen.
Seshan, V. i inni w publikacji „Pick-up and drop transfer of diamond nanosheets”, Nanotechnology 26, 125706 (2015) przedstawili proces wytwarzania i rozwój techniki transferu otrzymanych folii diamentowych z wykorzystaniem stempla wisk elastycznego. Arkusze zostały następnie wykorzystane do produkcji rezonatorów mechanicznych.
Znane jest wykorzystanie elektrod zbudowanych z materiałów o szerokim oknie potencjału. Znane jest też wykorzystanie warstw diamentowych domieszkowanych borem oraz nanościan węglowych domieszkowanych borem jako elektrody pracujące przy wykrywaniu paracetamolu metodą woltamperometrii cyklicznej, co opisano w publikacji P. Niedziałkowski i inni „Comparison of the paracetamol electrochemical determination using boron-doped diamond electrode and boron-doped carbon nanowalls”, Biosensors and Bioelectronics 126, 308-314 (2019). K. Siuzdak i inni zademonstrowali wytwarzanie nanościan węglowych domieszkowanych borem, które charakteryzują się niezwykłymi właściwościami elektrochemicznymi. Opisano to w publikacji „Boron-Enhanced Growth of Micron-Scale Carbon-Based Nanowalls: A Route toward High Rates of Electrochemical Biosensing”, ACS Applied Materials & Interfaces 9(15), 12982-12992 (2015).
Sposób otrzymywania elektrody z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) lub przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) domieszkowanego grafenem jako warstwy wewnętrznej, polegający na wytworzeniu matrycy wydrukowanej w technologii trójwymiarowej (3D), metodą osadzania topionego materiału (FDM - ang. Fused Deposition Modeling) oraz połączeniu z warstwą zewnętrzną, gdzie warstwę wewnętrzną, którą jest matryca otrzymuje się dla temperatury stołu 50-80°C, temperatury ekstrudera 210-230°C, grubości warstw 0,16-0,32 nm i z natężeniem przepływu filamentu w ekstruderze 1,5-2 mm3/s, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że warstwą zewnętrzną jest folia nanodiamentowa (NDF), korzystnie domieszkowana borem lub azotem, która otrzymana jest w znany sposób metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, wspomaganego plazmą mikrofalową (MW PA CVD - ang. Microwave Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition) w czterech kolejnych etapach. W pierwszym etapie prowadzi się zarodkowanie podłoża, korzystnie polerowanego, z tantalu lub z molibdenu lub z niobu, później poddaje się nukleacji i etapowi wzrostu oraz na końcu oczyszcza się z nadmiaru zawiesiny i osusza, a następnie tak otrzymaną folię nanodiamentową jako warstwę zewnętrzną, w ilości do 0,1% wag w stosunku do całej elektrody, nanosi się bezpośrednio na matrycę wydrukowaną w 3D, gdzie wymagana temperatura matrycy do transferu folii wynosi 150-300°C, lub na tak otrzymaną folię nanodiamentową jako warstwę zewnętrzną drukuje się bezpośrednio matrycę z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego lub przewodzącego włókna kwasu polimlekowego domieszkowanego grafenem. Następnie odkleja się folię nanodiamentową z połączoną już warstwą wewnętrzną.
Korzystnie udział grafenu w warstwie wewnętrznej elektrody z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego domieszkowanego grafenem wynosi do 5% wag.
Korzystnie warstwę zewnętrzną z folii nanodiamentowej umieszcza się mechanicznie na górze lub na dole podgrzanej matrycy, korzystnie za pomocą pęsety.
Wytworzone folie nanodiamentowe wykazują niską przyczepność do podłoża tantalowego, dzięki czemu można je łatwo przenosić (za pomocą pęsety lub bezpośrednio) na elektrodę grafen/PLA 3D lub polimerową PLA 3D.
Elektrodę otrzymaną sposobem według wynalazku można szeroko stosować w elektrochemii, w elektronice jako złącza elektroniczne typu metal-półprzewodnik. Do zalet sposobu należy wymienić szybką metodę aktywacji elektrochemicznej druku 3D, możliwości modyfikacji obszaru aktywnego elektrody oraz jej rozmiaru oraz praca w zakresie temperatur 50-100 stopni Celsjusza.
Elektroda grafen/PLA/NDF umożliwia wykrywanie związków w roztworach wodnych i charakteryzuje się szerokim zakresem elektrochemicznego okna potencjałów oraz niską wartością prądów tła. Powierzchnia elektrody może być modyfikowana co pozwala na dostosowanie elektrody do wykrywania konkretnego analitu.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie elektrodę grafen/PLA/NDF, gdzie W1 to warstwa grafen/PLA, znajdująca się od spodu, która jest wyposażona w zwężony kontakt elektryczny EK1, a W2 to folia nanodiamentowa znajdująca się na wierzchu, fig. 2 przedstawia trójelektrodowy układ pomiarowy, gdzie E1 to elektroda pracująca grafen/PLA/NDF, E2 to przeciwelektroda w postaci siatki platynowej a E3 to elektroda referencyjna. Fig. 3 przedstawia krzywą woltamperometryczną rejestrowaną podczas pomiaru z wykorzystaniem potencjostatu-galwanostatu w układzie trójelektrodowym, z elektrodą pracującą grafen/PLA/NDF.
Niżej podane przykłady ilustrują wynalazek.
Przykład 1
Folie nanodiamentowe (NDF) wytworzono w technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej wzmocnionego plazmą mikrofalową na polerowanych podłożach tantalowych. Wszystkie podłoża były czyszczone w acetonie i 2-propanolu przez 10 minut. Po oczyszczeniu podłoża umieszczono w kąpieli ultradźwiękowej w zawiesinie wodnej, składającej się z nanoproszków diamentowych o wielkości 4-7 nm przez 30 minut. Temperatura podłoża, moc mikrofal plazmy i ciśnienie wewnątrz komory wynosiły odpowiednio 500°C, 1100 W, 50 Torr. Stosunek molowy CH4 / H2 w mieszaninie wynosił 1 %, natomiast poziom domieszkowania borem wynosił 500 ppm. Czas wzrostu nie przekroczył 300 min, osiągając grubość do 1500 nm.
Przykład 2
Elektrodę grafenowo-polimerową, gdzie stosunek wagowy grafen/PLA wynosił 5% wag grafenu i 95% wag PLA, wytworzono metodą druku FDM w następujących warunkach: temperatura stołu 60°C, temperatura ekstrudera 220°C, grubość warstwy 0,24, natężenie przepływu filamentu w ekstruderze: 1,5-2 mm3/s.
Przykład 3
Sposób otrzymania elektrody grafen/PLA/NDF, gdzie warstwa nanodiamentowa jest skierowana do góry.
Elektrodę grafen/PLA wytworzono jak w przykładzie 2, umieszczono ją na płycie grzejnej i blasze molibdenowej. Nagrzewano płytę w czasie 55°C/min, do uzyskania temperatury 180°C a następnie za pomocą pęsety przenoszono folię nanodiamentową z podłoża bezpośrednio na wydrukowaną elektrodę i przykryto blachą molibdenową. Przy temperaturze 200°C dociskano molibden do powierzchni elektrody grafen/PLA/NDF i kolejno usuwano mechanicznie molibden poprzez jego podniesienie. Następnie schładzano próbkę do 35°C w czasie 60 min.
Przykład 4
Sposób otrzymania elektrody grafen/PLA/NDF, gdzie warstwa nanodiamentowa jest skierowana do dołu. Folię nanodiamentową na podłożu z tantalu domieszkowaną borem umieszczono na płycie grzejnej. Następnie wydrukowano na nią powłokę tworząc elektrodę grafen/PLA jak w przykładzie 2. W temperaturze stołu 250°C dociskano tantal do powierzchni elektrody. Następnie usuwano mechanicznie tantal poprzez jego podniesienie i schładzano próbkę do 35°C w czasie 60 min.
Przykład 5
Wykorzystanie elektrody grafen/PLA/NDF do pomiarów elektrochemicznych.
Wierzchnią warstwę elektrody stanowi struktura nanodiamentowa domieszkowana borem wykazująca się wysokim przewodnictwem, szerokim elektrochemicznym oknem potencjałów i wysoką wartością stosunku sygnału do szumu. Ponadto folia nanodiamentowa (NDF) stanowi powłokę ochronną przed agresywnymi odczynnikami chemicznymi.
Pomiar elektrochemiczny rejestrowano przy pomocy potencjostatu-galwanostatu w układzie trójelektrodowym, co przedstawiono na fig. 2 który pozwala na pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych. W trakcie pomiaru mierzone było natężenie prądu, jako funkcja doprowadzonego napięcia. Potencjał zmieniany był cyklicznie w czasie.
Pomiar przy użyciu elektrody grafen/PLA/NDF można prowadzić w zakresie -1 do 1 V (vs. Ag/AgCl/3M KCl) w obojętnych roztworach wodnych.
Układ obejmował elektrodę pracującą grafen/PLA/NDF (E1), przeciwelektrodę o dużej powierzchni, w postaci siatki platynowej (E2) oraz elektrodę referencyjną, charakteryzującą się stałym potencjałem - Ag/AgCl/3M KCl (E3). Krzywa woltamperometryczna została zmierzona w zakresie od -0,4 V do 0,6 V (vs. Ag/AgCl/3M KCl).
Krzywą rejestrowano przy szybkości przemiatania równej 50 mV s-1 w roztworze wodnym 0,5-molowym siarczanie sodu (VI) z 5-milimolowym heksacyjanożelazianem (III) potasu. Ilustruje to fig. 3. Zaobserwowano wzrost aktywności elektrochemicznej i spadek rezystancji przeniesienia ładunku dla elektrod grafen/PLA/NDF w stosunku do elektrod grafen/PLA.

Claims (3)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób otrzymywania elektrody z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) lub przewodzącego włókna kwasu polimlekowego (PLA) domieszkowanego grafenem jako warstwy wewnętrznej, polegający na wytworzeniu matrycy wydrukowanej w technologii trójwymiarowej (3D), metodą osadzania topionego materiału (FDM - ang. Fused Deposition Modeling) oraz połączeniu z warstwą zewnętrzną, gdzie warstwę wewnętrzną, którą jest matryca otrzymuje się dla temperatury stołu 50-80°C, temperatury ekstrudera 210-230°C, grubości warstw 0,16-0,32 nm i z natężeniem przepływu filamentu w ekstruderze 1,5-2 mm3/s, znamienny tym, że warstwą zewnętrzną jest folia nanodiamentowa (NDF), korzystnie domieszkowana borem lub azotem, która otrzymana jest w znany sposób metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, wspomaganego plazmą mikrofalową (MW PA CVD - ang. Microwave Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition) w czterech kolejnych etapach, w pierwszym etapie prowadzi się zarodkowanie podłoża, korzystnie polerowanego, z tantalu lub z molibdenu lub z niobu, później poddaje się nukleacji i etapowi wzrostu oraz na końcu oczyszcza się z nadmiaru zawiesiny i osusza, a następnie tak otrzymaną folię nanodiamentową jako warstwę zewnętrzną, w ilości do 0,1% wag w stosunku do całej elektrody, nanosi się bezpośrednio na matrycę wydrukowaną w 3D, gdzie wymagana temperatura matrycy do transferu folii wynosi 150-300°C, lub na tak otrzymaną folię nanodiamentową jako warstwę zewnętrzną drukuje się bezpośrednio matrycę z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego lub przewodzącego włókna kwasu polimlekowego domieszkowanego grafenem a następnie odkleja się folię nanodiamentową z połączoną już warstwą wewnętrzną.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że udział grafenu w warstwie wewnętrznej elektrody z przewodzącego włókna kwasu polimlekowego domieszkowanego grafenem wynosi do 5% wag.
  3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę zewnętrzną z folii nanodiamentowej umieszcza się mechanicznie na górze lub na dole podgrzanej matrycy, korzystnie za pomocą pęsety.
PL440577A 2022-03-08 2022-03-08 Sposób otrzymywania elektrody PL248329B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL440577A PL248329B1 (pl) 2022-03-08 2022-03-08 Sposób otrzymywania elektrody
EP23460007.0A EP4242648B1 (en) 2022-03-08 2023-03-01 Composite electrodes for electrochemical measurements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL440577A PL248329B1 (pl) 2022-03-08 2022-03-08 Sposób otrzymywania elektrody

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL440577A1 PL440577A1 (pl) 2023-09-11
PL248329B1 true PL248329B1 (pl) 2025-11-24

Family

ID=85724871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL440577A PL248329B1 (pl) 2022-03-08 2022-03-08 Sposób otrzymywania elektrody

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4242648B1 (pl)
PL (1) PL248329B1 (pl)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102943315B (zh) 2012-12-11 2015-06-17 江南大学 一种聚乳酸导电纤维及其制备方法
KR101730396B1 (ko) 2015-07-15 2017-05-11 경희대학교 산학협력단 전기방사하여 얻은 나노섬유 웹 형태의 ｐｌａ 압전소재를 이용한 압력측정 센서
CN110021462B (zh) 2019-05-17 2020-05-05 青岛五维智造科技有限公司 一种嵌入式金属网格柔性透明电极的制造方法及其应用
CN111058011A (zh) * 2019-12-25 2020-04-24 浙江工业大学 一种纳米金刚石-石墨烯复合薄膜电极及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
PL440577A1 (pl) 2023-09-11
EP4242648A1 (en) 2023-09-13
EP4242648B1 (en) 2025-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tehrani et al. Printable and flexible graphene pH sensors utilising thin film melanin for physiological applications
Sobaszek et al. Diamond phase (sp3-C) rich boron-doped carbon nanowalls (sp2-C): physicochemical and electrochemical properties
Pan et al. Chemical control of electrode functionalization for detection of DNA hybridization by electrochemical impedance spectroscopy
Ryl et al. Study on surface termination of boron-doped diamond electrodes under anodic polarization in H2SO4 by means of dynamic impedance technique
Salikhov et al. Nanocomposite thin film structures based on polyarylenephthalide with SWCNT and graphene oxide fillers
Haldorai et al. Electrochemical determination of dopamine using a glassy carbon electrode modified with TiN-reduced graphene oxide nanocomposite
Du et al. Graphene microelectrode arrays for neural activity detection
Keeley et al. Electrochemical ascorbic acid sensor based on DMF-exfoliated graphene
Song et al. Metal–organic framework transistors for dopamine sensing
Zhu et al. Enzyme-free glucose biosensor based on low density CNT forest grown directly on a Si/SiO2 substrate
Stotter et al. Comparison of the electrical, optical, and electrochemical properties of diamond and indium tin oxide thin-film electrodes
Jiang et al. A novel non-enzymatic glucose sensor based on a Cu-nanoparticle-modified graphene edge nanoelectrode
Hadish et al. Functionalization of CVD grown graphene with downstream oxygen plasma treatment for glucose sensors
Chen et al. Silver nanowires on coffee filter as dual-sensing functionality for efficient and low-cost SERS substrate and electrochemical detection
Ye et al. Fabrication of nano-ZnS coated PEDOT-reduced graphene oxide hybrids modified glassy carbon-rotating disk electrode and its application for simultaneous determination of adenine, guanine, and thymine
Wang et al. Facile fabrication of biosensors based on Cu nanoparticles modified as-grown CVD graphene for non-enzymatic glucose sensing
Takaloo et al. Detection of C-reactive protein using a flexible biosensor with improved bending life
Li et al. SiC/graphene film by laser CVD as an implantable sensor material for dopamine detection
Nugba et al. Non-enzymatic amperometric biosensor with anchored Ni nanoparticles for urinary glucose quantification
Hussain et al. TiO2 nanotube array-modified electrodes for L-cysteine biosensing: Experimental and density-functional theory study
Ebrahimiasl et al. Electrochemical detection of insulin in blood serum using Ppy/GF nanocomposite modified pencil graphite electrode
KR101608584B1 (ko) 수산화기―풍부 그래핀 산화물을 전기화학적 환원하여 얻어진 그래핀 박막, 및 이를 이용한 요산 검출방법
Shetty et al. Non-destructive integration of spark-discharge produced gold nanoparticles onto laser-scribed graphene electrodes for advanced electrochemical sensing applications
Yadav et al. Electrochemical properties of highly sensitive and selective CuO nanostructures based neurotransmitter dopamine sensor
Venkataprasad et al. A novel electrochemical sensor based on multi-walled carbon nanotubes/poly (L-Methionine) for the investigation of 5-Nitroindazole: A voltammetric study