本发明专利技术公开了一种几何形状可控的Pt圆盘次微米电极的制备方法，其主要步骤如下：将Pt丝置入毛细玻璃管内，采用激光拉制仪先将毛细玻璃管中间部位细化，再使得毛细玻璃管与Pt丝完全贴合，最后拉断毛细玻璃管获得超微电极，然后采用磨针仪对超微电极的尖端进行加热，通过控制加热过程控制毛细玻璃管的直径及电极RG，最终采用聚焦离子束电镜切断超微电极尖端截面，获得Pt圆盘次微米电极。本发明专利技术方法获得的Pt次微米电极端面平整、绝缘层均匀致密，灵敏度高，电化学性能优异，特别适用于基础电化学，生物电化学传感器和扫描探针用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种几何形状可控Pt圆盘次微米电极的制备方法，该Pt圆盘次微米电极可广泛适用于电化学基础动力学，生物电化学和电催化以及超高分辨率扫描电化学显微镜(HighSolutionScanningElectrochemicalMicroscopy,HS-SECM)研究。
技术介绍
相对于传统宏观大电极(一般认为电极尺寸超过1毫米)，尺寸小于25微米的超微电极，由于其扩散方式与大电极不同，具有更小的时间常数，更易于达到稳态。因此超微电极电化学是过去30年电化学研究领域发展的一个重要方向。圆盘超微电极相对于球形，带状或者柱状超微电极而言，具有相对易制备，易于使用，特别是Pt圆盘超微电极，从而被广泛用于电化学动力学(如k0>10cm/s的检测)，生物细胞分析和扫描电化学显微镜的探针等研究。传统Pt圆盘超微电极的制备方法通常是将直径10或者25微米Pt丝置于毛细管底部，负压下加热玻璃毛细管，将铂丝密封进毛细管，然后用导电银胶链接到导线，然后手工打磨抛光，降低RG(玻璃与Pt丝半径比)至5到10，最小至2。该方法主要的不足有：(1)很难制备小于5微米以下的Pt超微电极，特别是小于1微米以下的次微米电极，电极尖端的玻璃直径通常也大于30微米，商业的Pt超微电极尖端甚至达到100微米；(2)通过机械或者手动抛光等工艺获得的电极表面粗糙度较大，玻璃与Pt丝之间易产生间隙，以及Pt丝端面不够水平，几何形状不够规则，容易发现不同程度的倾斜；(3)重复性相对较差，特别是RG的控制，人为因素增加。而常规应用激光拉制仪制备Pt纳米或者次微米电极是应用激光拉制仪直接拉制成电极，然后直接使用或者通过机械/手工打磨成微纳电极，该方法主要的不足有：(1)电极大小很难控制，直接使用的超微电极因为是激光熔融拉断的，电极表面很不平整，有时甚至存在部分玻璃包覆在Pt丝端面；(2)RG可控性较差，机械打磨或者手工对于微纳电极的尖端形貌和几何形状可控性较差；(3)因机械或者手工打磨，容易在电极与玻璃密封之间产生缝隙。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统制作Pt超微电极方法中存在的问题及不足，提供一种高质量，可重复，绝缘层均匀致密的几何形状可控的Pt圆盘次微米电极的制备方法。该方法可控制备，所得电极表面光滑，Pt圆盘电极直径在200纳米至2微米可控，RG在2～5之间可控可调，灵敏度高，电化学性能优异，特别适用于基础电化学，生物电化学传感器和扫描探针用。相对于金超微电极的制备，由于金属Pt的熔点较高，在与玻璃融合拉断的过程更容易保持稳定，从而制备的Pt微纳电极的稳定性与重复性比金超微电极更高。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的几何形状可控的Pt圆盘次微米电极的制备方法，包括如下步骤：a.取经退火处理后的Pt丝，其直径为25微米，长1.5厘米；b.取外径为1毫米，内径为0.2毫米，长度10厘米的硼酸毛细玻璃管，经H2SO4与H2O2以体积比3:1混合的溶液浸泡清洗30分钟，去离子水清洗后，烘箱烘干备用；c.将步骤a中的Pt丝置于步骤b中的毛细玻璃管内，并使得Pt丝处于毛细玻璃管的中间部位；d.将步骤c中的毛细玻璃管一端封住，置于激光拉制仪中央，另一端连接真空泵，通过控制激光拉制仪的参数，先将毛细玻璃管中间部位细化至内径为50微米；再调整参数使得毛细玻璃管中间部位与其内Pt丝完全贴合；最后调整参数从中间部位拉断毛细玻璃管，获得两根超微Pt电极；e.将步骤d制得的超微Pt电极置于磨针仪加热丝上方，连接真空泵，调整加热强度值至50以及超微电极与加热丝的间距，超微电极的尖端逐步收缩，当距尖端某位置处玻璃管直径及RG值达到所需大小时，记录下此处与尖端的距离，停止加热，取出超微电极；f.取直径为180微米的NiCr丝，尖端粘少许银胶，在显微镜下从经上述处理后的超微电极的毛细玻璃管尾部插入，与超微电极内Pt丝相接触，作为电连接用；g.采用聚焦离子束电镜对上述超微电极进行再加工：先将超微电极水平放置至置物台，电子束下观察电极形貌，根据步骤e中的距离确定距尖端的相应位置为目标切断位置，旋转置物台52°至离子束与超微电极垂直，切换至离子束源，对焦，然后切断上述目标位置，得到平整的圆盘端面，获得Pt圆盘次微米电极。上述技术方案中，所述的步骤d中采用LaserPullerP-2000激光拉制仪。步骤d中将毛细玻璃管中间部分内径细化至50微米，所述的LaserPullerP-2000激光拉制仪的具体参数控制如下：HEAT：310；FILAMENT：4；VELOCITY：14；DELAY：120；PULL：0。将毛细玻璃管中间部位与其内Pt丝完全贴合时，所述的LaserPullerP-2000激光拉制仪的具体参数控制如下：HEAT：320～380；FILAMENT：3～4；VELOCITY：12；DELAY：120；PULL：0，时间9秒。该步中不同的HEAT，FILAMENT和VELOCITY值大小决定密封Pt丝处的玻璃管厚度，从而进一步与后续拉断步骤共同决定电极大小。将毛细玻璃管从中间部位拉断时，所述的LaserPullerP-2000激光拉制仪的具体参数控制如下：HEAT：330～420；FILAMENT：3～4；VELOCITY：15～25；DELAY：120；PULL：0，时间为0.45秒。该步中不同的HEAT，FILAMENT和VELOCITY值共同控制电极大小，但是对电极大小的影响没有上一密封步骤中对玻璃管厚度的影响大。与现有技术相比，本专利技术所具有的特点和有益结果是：1.本专利技术应用激光拉制仪，协同控制HEAT，FILAMENT，VELOCITY，DELAY和PULL等参数，制备不同直径大小的Pt圆盘微电极；2.应用磨针仪微区加热实现超微电极尖端玻璃的几何形状控制，并进一步促进玻璃与Pt丝的完全封闭；3.应用电子束和离子束双束电镜，实现电极形貌观察和截断电极尖端，结合第二步，共同实现尖端Pt丝和玻璃大小同时可控，同时实现电极断面平整光滑。4.本专利技术设计的Pt圆盘次微米电极具有直径小，密封严实，RG可控，极大增强了Pt超微圆盘电极的传质，提高了灵敏度；5.因本专利技术制得的Pt超微电极尖端平整，RG小，特别适用于电化学扫描显微镜的特征，同时由于电极直径达到次微米级，可以逼近至基底电极200纳米处，极大提高了空间分辨率和动力学检测限。附图说明图1.经步骤d和e处理后的超微电极的尖端形貌；图2.Pt圆盘次微米电极的截面形貌离子束成像；图3.Pt圆盘次微米电极的端面形貌电子束成像；图4.两种不同直径的Pt圆盘次微米电极在1mM羟基二茂铁甲醇溶液中的循环伏安曲线；图5.半径为392纳米的Pt圆盘次微米电极在2mmPt基底电极上的逼近曲线及其理论曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术做进一步说明。本实例的Pt圆盘次微米电极的制备方法，其基本步骤包括：a.取经退火后的1.5厘米长，直径为25微米的Pt丝，经手工轻轻碾压拉直；b.取外径为1毫米，内径为0.2毫米，长度为10厘米的硼酸毛细玻璃管，经H2SO4与H2O2以体积比3:1混合的溶液浸泡清洗30分钟，去离子水清洗3次，烘箱烘干备用；c.将步骤a中的Pt丝置于步骤b中的毛细玻璃管内，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种几何形状可控的Pt圆盘次微米电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.取经退火处理后的Pt丝，其直径为25微米，长1.5厘米；b.取外径为1毫米，内径为0.2毫米，长度10厘米的硼酸毛细玻璃管，经H2SO4与H2O2以体积比3:1混合的溶液浸泡清洗30分钟，去离子水清洗后，烘箱烘干后备用；c.将步骤a中的Pt丝置于步骤b中的毛细玻璃管内，并使得Pt丝处于毛细玻璃管的中间部位；d.将步骤c中的毛细玻璃管一端封住，置于激光拉制仪中央，另一端连接真空泵，通过控制激光拉制仪的参数，先将毛细玻璃管中间部位细化至内径为50微米；再调整参数使得毛细玻璃管中间部位与其内Pt丝完全贴合；最后调整参数从中间部位拉断毛细玻璃管，获得两根超微Pt电极；e.将步骤d制得的超微Pt电极置于磨针仪加热丝上方，连接真空泵，调整加热强度值以及超微电极与加热丝的间距，超微电极的尖端逐步收缩，当距尖端某位置处玻璃管直径及RG值达到所需大小时，记录下此处与尖端的距离，停止加热，取出超微电极；f.取直径为180微米的NiCr丝，尖端粘少许银胶，在显微镜下从经上述处理后的超微电极的毛细玻璃管尾部插入，与超微电极内Pt丝相连，作为电连接用；g.采用聚焦离子束电镜对上述超微电极进行再加工：先将超微电极水平放置至置物台，电子束下观察电极形貌，根据步骤e中的距离确定距尖端的相应位置为目标切断位置，旋转置物台52°至离子束与超微电极垂直，切换至离子束源，对焦，然后切断上述目标位置，得到平整的圆盘端面，获得Pt圆盘次微米电极。...
【技术特征摘要】
1.一种几何形状可控的Pt圆盘次微米电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.取经退火处理后的Pt丝，其直径为25微米，长1.5厘米；b.取外径为1毫米，内径为0.2毫米，长度10厘米的硼酸毛细玻璃管，经H2SO4与H2O2以体积比3:1混合的溶液浸泡清洗30分钟，去离子水清洗后，烘箱烘干后备用；c.将步骤a中的Pt丝置于步骤b中的毛细玻璃管内，并使得Pt丝处于毛细玻璃管的中间部位；d.将步骤c中的毛细玻璃管一端封住，置于激光拉制仪中央，另一端连接真空泵，通过控制激光拉制仪的参数，先将毛细玻璃管中间部位细化至内径为50微米；再调整参数使得毛细玻璃管中间部位与其内Pt丝完全贴合；最后调整参数从中间部位拉断毛细玻璃管，获得两根超微Pt电极；e.将步骤d制得的超微Pt电极置于磨针仪加热丝上方，连接真空泵，调整加热强度值以及超微电极与加热丝的间距，超微电极的尖端逐步收缩，当距尖端某位置处玻璃管直径及RG值达到所需大小时，记录下此处与尖端的距离，停止加热，取出超微电极；f.取直径为180微米的NiCr丝，尖端粘少许银胶，在显微镜下从经上述处理后的超微电极的毛细玻璃管尾部插入，与超微电极内Pt丝相连，作为电连接用；g.采用聚焦离子束电镜对上述超微电极进行再加工：先将超微电极水平放置至置物台，电子束下观察电极形貌，根据步骤e中的距离确定距尖端的相应位置为目标切断位置，旋转置物台52°...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹发和，朱泽洁，柳晓燕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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