电极包括绝缘表面层和嵌入绝缘表面层中的至少一个对准的碳纳米管纤维。所述至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个具有第一端和与第一端相对的第二端，并且第一端与第二端由本体分隔。所述至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个由多个碳纳米管组成。第一端和第二端没有绝缘表面层。第二端与导电材料接触。还描述了一种分析样本中的分析物的方法和一种使用所述电极的用于能量存储的设备。用所述电极的用于能量存储的设备。用所述电极的用于能量存储的设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传感器、电化学和能量存储的碳纳米管微电极
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月2日提交的美国临时申请序列No.62/882,032的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请还要求于2020年1月23日提交的美国临时申请序列No.62/964,720的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]本说明书一般而言涉及碳纳米管微电极，并且更具体地涉及用在传感器、电化学和能量存储中的碳纳米管微电极。
技术介绍
[0004]碳纳米管(下文中称为“CNTs”，或单数的“CNT”)具有在广泛的工业应用中有用的潜力。CNTs表现出有趣的物理化学特性和结构几何形状，以及纳米尺寸维度。另外，CNTs具有化学稳定性、导电性和大表面积的组合，从而使CNTs对于在电极中的使用具有吸引力。但是，由于难以将CNTs组装成可以被处置和操纵的结构、难以确定CNTs在组件上的什么位置具有反应性，以及难以将金属部件(例如，电线和电缆)附接到组件，CNTs的实际使用受到限制。
技术实现思路
[0005]因此，对于结合CNTs的组件和制作那些组件的方法存在需要，以解决上面列举的实际限制，以便这些组件可以用在电极、传感器和能量存储设备中。
[0006]根据一个或多个实施例，电极包括绝缘表面层和嵌入绝缘表面层中的至少一个对准的碳纳米管纤维。至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个具有第一端和与第一端相对的第二端，并且第一端与第二端由本体分隔。至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个由多个碳纳米管组成。第一端和第二端没有绝缘表面层。第二端与导电材料接触。
[0007]根据一个或多个实施例，一种用于分析样本中的分析物的方法包括使样本与包括上述实施例的电极的传感器接触，向电极施加电位，并测量作为所施加电位的结果的样本中的电流。样本包括按重量100ppm或更少的分析物。
[0008]根据一个或多个实施例，一种用于能量存储的设备包括多个高度致密的碳纳米管棒。高度致密的碳纳米管棒包括绝缘表面层和嵌入绝缘表面层中的至少一个对准的碳纳米管纤维。至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个具有第一端及与第一端相对的第二端，并且第一端与第二端由本体分隔。至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个由多个碳纳米管组成。第一端和第二端没有绝缘表面层。第二端与导电材料接触。
[0009]本文描述的实施例的附加特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且部分地从描述中对本领域技术人员显而易见或通过实践本文描述的实施例来认识，包括下面的具体实施方式、权利要求书和附图说明。
附图说明
[0010]应该理解的是，前述一般描述和以下具体实施方式都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特点的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且附图被并入并构成本说明书的一部分。附图图示本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释要求保护的主题的原理和操作。当结合以下附图阅读时，可以最好地理解本公开的具体实施例的以下详细描述，其中类似的结构用类似的附图标记指示并且其中：
[0011]图1示出了根据本文描述的实施例的碳纳米管棒；
[0012]图2示出了根据本文描述的实施例的包括碳纳米管棒的能量存储设备；
[0013]图3示出了根据本文描述的实施例在组装碳纳米管棒的各个阶段期间碳纳米管的结构：垂直对准的碳纳米管林(forest)(面板A)，从垂直对准的碳纳米管林中提取的各个碳纳米管(面板B)，从垂直对准的碳纳米管林到碳纳米管膜再到碳纳米管纤维的路径的示意图(面板C)，以及各种直径的碳纳米管纤维(面板D)；
[0014]图4示出了根据本文描述的实施例的具有28.22μm(面板A)、49.14μm(面板B)和69.45μm(面板C)直径的CNT纤维的场发射扫描电子显微镜图像；
[0015]图5示出了根据本文描述的实施例的制备碳纳米管膜的示例性过程；
[0016]图6示出了根据本文描述的实施例的用于将导电材料附着到碳纳米管膜的示例性过程；
[0017]图7示出了根据本文描述的实施例的碳纳米管棒的扫描电子显微镜图像：65X放大倍率下嵌入聚合物膜中的三个碳纳米管棒电极的横截面(面板A)，5000X放大倍率下差致密碳纳米管棒电极的横截面(面板B)，25000X放大倍率下差致密碳纳米管棒电极的横截面(面板C)，5000放大倍率下碳纳米管棒电极的横截面(面板D)，以及50000X放大倍率下差致密碳纳米管电极(面板E)；
[0018]图8示出了根据本文描述的实施例的碳纳米管棒电极横截面的拉曼光谱；
[0019]图9示出了根据本文描述的实施例的由28μm(面板A)、49μm(面板B)和69μm(面板C)的单个CNT棒横截面组成的碳纳米管膜的循环伏安图；
[0020]图10示出了根据本文描述的实施例的由28μm(面板A)、49μm(面板B)和69μm(面板C)的三个CNT棒横截面组成的碳纳米管膜的循环伏安图；
[0021]图11示出了根据本文描述的实施例的对于由28μm(面板A)、49μm(面板B)和69μm(面板C)的单CNT棒横截面组成的碳纳米管膜以10mV s
‑1的扫描速率记录的FcMeOH/FcMeOH+氧化还原对的氧化和还原循环伏安图；
[0022]图12示出了根据本文描述的实施例的在5
‑
150mV
·
s
‑1的扫描速率范围内记录的一个(面板A)和三个(面板B)非致密CNT棒的横截面的循环伏安图；
[0023]图13示出了根据本文描述的实施例的以10mV s
‑1扫描速率记录的K3[Fe(CN)6](面板A)和FcMeOH(面板B)的氧化和还原的循环伏安图在此处；
[0024]图14示出了根据本文描述的实施例的在碳纳米管棒的侧壁以10mV s
‑1扫描速率记录的K3[Fe(CN)6]氧化和还原的循环伏安图；
[0025]图15示出了根据本文描述的实施例的在碳纳米管棒的侧壁以10mV s
‑1扫描速率记录的K3[Fe(CN)6]氧化和还原的循环伏安图；
[0026]图16示出了根据本文描述的实施例的在六个相同碳纳米管棒的横截面处增加多巴胺浓度的方波伏安图；
[0027]图17示出了根据本文描述的实施例的在六个完全相同的碳纳米管棒的横截面处增加血清素浓度的方波伏安图；
[0028]图18示出了根据本文描述的实施例的在六个完全相同的碳纳米管棒的横截面中多巴胺(面板A)、血清素(面板B)、肾上腺素(面板C)和去甲肾上腺素(面板D)的氧化电位的pH依赖性；
[0029]图19示出了根据本文描述的实施例的在六个完全相同的碳纳米管棒的横截面处抗坏血酸、多巴胺和尿酸混合物记录的方波伏安图，其中多巴胺的浓度保持恒定并且抗坏血酸和尿酸浓度增加到500μM(面板A)，并且对于0.5μM多巴胺的电化学氧化也是如此，同时将血本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电极，包括：绝缘表面层；以及嵌入绝缘表面层中的至少一个对准的碳纳米管纤维，所述至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个具有第一端和与第一端相对的第二端，第一端与第二端由本体分隔；其中所述至少一个对准的碳纳米管纤维中的每一个由多个碳纳米管组成；第一端和第二端没有所述绝缘表面层；以及第二端与导电材料接触。2.如权利要求1所述的电极，其中第一端包括一个或多个氢原子、一个或多个碳原子、化学官能团、聚合物、纳米颗粒、酶、适体、抗体、掺杂剂，或这些中的两种或更多种的组合。3.如权利要求1或权利要求2所述的电极，其中所述至少一个对准的碳纳米管纤维被致密化。4.如前述权利要求中的任一项所述的电极，其中第一端包括选自由以下所构成的组中的化学官能团：羧基、羟基、胺、硅烷、硫醇、环氧基、氧，以及这些中的两种或更多种的组合。5.如前述权利要求中的任一项所述的电极，其中第一端包括选自由以下所构成的组中的聚合物：导电聚合物、离子交换聚合物、氧化还原聚合物、甲硅烷基改性聚合物、水凝胶聚合物，以及这些中的两种或更多种的组合。6.如前述权利要求中的任一项所述的电极，其中第一端包括选自由以下所构成的组中的纳米颗粒：金纳米颗粒、银纳米颗粒、碳纳米颗粒、钯纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒、镍纳米颗粒，以及这些中的两种或更多种的组合。7.如权利要求6所述的电极，其中所述纳米颗粒用选自由以下所构成的组中的聚合物或化学官能团官能化：羧基、羟基、硫醇、胺、氧，以及这些中的两种或更多种的组合。8.如前述权利要求中的任一项所述的电极，其中第一端包括选自由以下所构成的组中的酶：辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、有机磷水解酶、胆固醇氧化酶、碱性磷酸酶，以及这些中的两种或更多种的组合。9.如前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述至少一个对准的碳纳米管纤维包括电极或微电极阵列。10.如权利要求1
‑
8中的任一项所述的电极，其中所述至少一个对准的碳纳米管纤维包括单个电极或微电极。11.一种用于分析样本中的分析物的方法，该方法包括使样本与包括如权利要求1
‑
18中的任一项所述的电极的传感器接触；向电极施加电位；以及测量作为所施...
【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：AO史密斯公司，
类型：发明
国别省市：
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