專利名稱：一種碳纖維超微盤電極的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳纖維超微盤電極的制備方法，屬于電化學、分析化學、電分析化學、生物電分析化學技術領域。
背景技術：
碳纖維電極因其自身的優勢，在電分析化學和生命科學領域得到廣泛應用。傳統制備的碳纖維電極往往采用環氧樹脂密封，該方法制備的電極易發生環氧樹脂的泄漏，從而會污染電化學體系，并導致電極的靈敏度和檢測信號的信噪比降低；此外，環氧樹脂密封的電極不能在有機電解液和高溫環境中工作。玻璃熔封的碳纖維電極可有效解決上述問題。一般有兩種方法可以實現碳纖維電極的玻璃熔封第一種方法(Huang，Wei-Hua；Pang，Dai-Wen；Tong，Hua；Wang，Zong-Li；Cheng，Jie-Ke.Analytical Chemistry(2001)，73(5)，1048-1052.)是將碳纖維置于拉細的毛細管內，然后將毛細管在火焰上快速熔封，可制備碳纖維柱電極，此電極可用于實時監測單細胞的釋放過程，但由于電極真實形狀和有效表面積難以確定，因此定量分析存在困難；另外此電極由于前端太細，很難用于制備微盤電極。另一種方法(Zhang，Xueji；Zhang，Wuming；Zhou，Xingyao；Ogorevc，Bozidar.AnalyticalChemistry(1996)，68(19)，3338-3343.)是將裝有碳纖維的毛細管在真空箱中用電阻絲加熱熔封，碳纖維的一端用Ag粉環氧樹脂與電子導線連接；目前國外商品化的碳纖維電極均采用此法制備，此法制備的碳纖維微盤電極具有密封效果較好、表面可更新等優點，然而，由于設備昂貴，操作復雜，導致電極制作成本居高不下(商品化的直徑為幾個微米的碳纖維微盤電極售價在1000RMB左右/根)，另外，此法制備的電極在使用過程中，會出現碳纖維與電子導線接觸不良或斷接觸的現象，這種現象一旦出現，就無法補救。
發明內容
本發明的目的是提供一種操作簡單，成本低廉的碳纖維超微盤電極的制備方法。該方法既能克服環氧樹脂膠封碳纖維電極的弊端，又能解決傳統玻璃熱熔封工藝中碳纖維與電子導線的接觸問題。
為實現本發明目的所采取的制備工藝方法如下一種碳纖維超微盤電極的制備方法，包括以下步驟(1)將穿有直徑為10μm或以下的碳纖維的玻璃管的一端加熱直至其熔融閉合并使碳纖維前端固定在玻璃管中；(2)通過玻璃管的另一端對玻璃管抽真空，使管內空氣抽出；(3)在保持抽真空條件下，對有碳纖維的玻璃管部位加熱熔融，熔融的玻璃管受到外部大氣壓的作用而與管內碳纖維表面形成密實的結合，使碳纖維密封在玻璃管中；(4)將焊錫粉或焊錫絲從玻璃管的開口端裝入，加熱玻璃管至焊錫熔化，使其落入玻璃管底部與碳纖維形成良好接觸；(5)在金屬錫固化前插入電子導線，形成電聯接；(6)對封有碳纖維的一段進行打磨，即得到碳纖維超微盤電極。
本發明可在步驟(2)抽真空的同時，對玻璃管加熱，使管內殘余空氣受熱膨脹而被抽走。
本發明也可在步驟(6)之后，用密封膠密封玻璃管的開口端，以防止因錫被空氣中的氧氣氧化而導致的接觸電阻增大。
上述碳纖維熔封在玻璃管中的長度為1±0.5cm。
所述電子導線為銅絲或銀絲。
本本發明操作簡單，成本低廉，制備的碳纖維微盤電極具有密封嚴實、在碳纖維柱表面與密封玻璃間無氣泡、電子電阻小、電化學性能優良、盤電極表面易更新，抗震動能力強(劇烈震動時，碳纖維和電子導線仍可保持良好接觸)等優點；將電極前端磨尖后，還可制成掃描電化學顯微鏡方法(SECM)的探針電極，用于定量檢測分析無機材料和生物體的微區電化學活性。另外，該方法制備的碳纖維微盤電極在長期使用過程中，如果出現碳纖維與電子導線的接觸不良，可用小火加熱電極梗，使焊錫重新熔融，即可改善接觸。
圖1為本發明的碳纖維超微盤電極的結構示意圖。
圖2為電極熔封處的光學放大200倍的照片(未打磨，有氣泡的前一段已截去)。
圖3為直接火焰熔封(未抽真空)的碳纖維電極熔封處的光學放大200倍的照片。
圖4為本發明制備的碳纖維超微盤電極端面放大5000倍的掃描電鏡照片。
圖5為直接火焰熔封(未抽真空)的碳纖維超微盤電極端面放大5000倍的掃描電鏡照片。
圖6為碳纖維超微盤電極在20mM的鐵氰化鉀溶液中的循環伏安曲線。
實施例參見圖1，將碳纖維(d≤10μm)依次用丙酮、無水乙醇、超純水超聲波清洗3～5分鐘，取出后再用大量的超純水淋洗；然后將洗凈的碳纖維放在真空干燥箱中50攝氏度干燥10小時備用。將清潔過的直徑為7μm長約2cm的碳纖維1插入內徑約為2mm長約6cm的潔凈的玻璃管4中，并將碳纖維1的一端8約0.5mm的一段露于玻璃管4外；對有碳纖維1的玻璃管4的端部7加熱直至其熔融閉合并使碳纖維前端固定在玻璃管4中。把玻璃管4的另一端6(即開口端)通過塑料管與真空泵相連，抽真空20分鐘；接著在保持抽真空的同時，把玻璃管4在酒精燈火焰上來回快速移動加熱(這樣可保證管內殘余氣體受熱而玻璃不熔融)3分鐘，使管內殘余空氣受熱膨脹而被真空泵抽走；然后用酒精噴燈或煤氣燈火焰將玻璃管4內的碳纖維1熔封1cm；熔封完畢后，把塑料管從玻璃管開口端拔離；把直徑為0.5mm的焊錫絲2從玻璃管開口端6插入，在酒精燈上加熱玻璃管4，使焊錫絲2熔化，并落入玻璃管底部將碳纖維1完全包埋；在焊錫2凝固前，把一根長約10cm的銅絲3(或銀絲)插入熔融態的焊錫2中；焊錫2凝固后，在玻璃管開口端6涂上環氧樹脂5密封。環氧樹脂固化后，打磨電極的端面，即可得到碳纖維超微盤電極。電極結構示意圖如圖1所示。圖2給出了此電極側面光學放大200倍的照片；圖3為直接火焰熔封(未抽真空)的碳纖維電極側面光學放大200倍的照片；比較圖2圖3，可知本方法制備的碳纖維超微盤電極碳纖維與玻璃間結合嚴實、沒有氣泡、表面可打磨更新等優點；而未抽真空直接火焰熔封的電極碳纖維與玻璃間氣泡很多，不適合作微盤電極。圖4為此電極端面打磨后放大5000倍的電鏡照片，圖5為直接火焰熔封(未抽真空)的碳纖維電極端面打磨后放大5000倍的電鏡照片，比較圖4圖5，進一步說明直接火焰熔封(未抽真空)的碳纖維電極密封效果差，而本方法制備的碳纖維電極具有密封良好的特性。圖6為此碳纖維電極在20mM的鐵氰化鉀溶液中的循環伏安曲線(掃速為10mV s-1)，此圖說明了本方法制備的碳纖維超微盤電極具有良好的電化學特性。
權利要求
1.一種碳纖維超微盤電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將穿有直徑為10μm或以下的碳纖維的玻璃管的一端加熱直至其熔融閉合并使碳纖維前端固定在玻璃管中；(2)通過玻璃管的另一端對玻璃管抽真空，使管內空氣抽出；(3)在保持抽真空條件下，對有碳纖維的玻璃管部位加熱熔融，熔融的玻璃管受到外部大氣壓的作用而與管內碳纖維表面形成密實的結合，使碳纖維密封在玻璃管中；(4)將焊錫粉或焊錫絲從玻璃管的開口端裝入，加熱玻璃管至焊錫熔化，使其落入玻璃管底部與碳纖維形成良好接觸；(5)在金屬錫固化前插入電子導線，形成電聯接；(6)對封有碳纖維的一段進行打磨，即得到碳纖維超微盤電極。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于在步驟(2)抽真空的同時，對玻璃管加熱，使管內殘余空氣受熱膨脹而被抽走。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于在步驟(6)之后，用密封膠密封玻璃管的開口端。
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于碳纖維熔封在玻璃管中的長度為1±0.5cm。
5.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述電子導線為銅絲或銀絲。
全文摘要
本發明涉及碳纖維超微盤電極的制備方法，包括以下步驟將穿有碳纖維的玻璃管的一端加熱直至其熔融閉合并使碳纖維前端固定在玻璃管中；通過玻璃管的另一端對玻璃管抽真空；在保持抽真空條件下，對有碳纖維的玻璃管部位加熱熔融，使碳纖維熔封在玻璃管中；將錫粉或焊錫絲從玻璃管的開口端裝入，加熱玻璃管至金屬錫熔化，使其落入玻璃管底部與碳纖維形成良好接觸；在金屬錫固化前插入電子導線，形成電聯接；對封有碳纖維的一段進行打磨，即得到碳纖維超微盤電極。本發明操作簡單，成本低廉，制備的碳纖維微盤電極具有密封嚴實、電子電阻小、電化學性能優良、盤電極表面易更新，抗震動能力強等優點。
文檔編號G01N27/30GK1776415SQ20051001983
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月18日 優先權日2005年11月18日
發明者劉軍, 楊毅夫, 邵惠霞, 夏洋, 范晶, 陳衛華, 熊躍, 高峰 申請人:武漢大學
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