一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重金屬檢測(cè)傳感器領(lǐng)域，涉及絲網(wǎng)印刷電極，尤其涉及一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著食品、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域內(nèi)重金屬超標(biāo)事件頻發(fā)，人們對(duì)食品安全、環(huán)境衛(wèi)生問(wèn)題越來(lái)越重視，同時(shí)，人們也強(qiáng)烈需要一種能夠快速、方便、攜帶、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)重金屬的分析手段。重金屬離子傳感器便成為人們快速檢測(cè)的首要之選，絲網(wǎng)印刷電極作為一種制作簡(jiǎn)單、可批量生產(chǎn)、價(jià)廉、檢測(cè)重現(xiàn)性好、靈敏度高的可一次性使用的電極，解決了重金屬離子傳感器在線監(jiān)測(cè)由環(huán)境引起的響應(yīng)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和檢測(cè)物污染等問(wèn)題，大大拓展了電化學(xué)分析法在食品、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域內(nèi)的研究及應(yīng)用拓展。
[0003]現(xiàn)階段，重金屬離子傳感器所用的絲網(wǎng)印刷電極多為銀漿或碳漿。銀漿成本較高，在絲網(wǎng)印刷電極使用過(guò)程中不易回收且易造成二次重金屬污染。然而，利用碳漿制備絲網(wǎng)印刷電極時(shí)，由于碳漿電阻較大，且印刷電極表面較為粗糙，電流分布不均勻，不利于靈敏度的提高。為此，人們通過(guò)各種辦法，來(lái)解決傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷電極的問(wèn)題，例如，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局就公開(kāi)了一種一種絲網(wǎng)印刷電極、制備工藝及其應(yīng)用{申請(qǐng)?zhí)?200810032125.7}，該絲網(wǎng)印刷電極，所用絲網(wǎng)印刷過(guò)程中采用的絲網(wǎng)具有如下性質(zhì):絲網(wǎng)與刷子的材料分別為聚酯和塑料，絲網(wǎng)目數(shù)為50目；絲網(wǎng)與基底的距離為d = 3mm.采用100目鈦粉，納米氧化鈦的粒徑20nm(鈦粉和納米氧化鈦的質(zhì)量比為90:10)。印刷時(shí)刷子所采用的角度為45°。本實(shí)施例的絲網(wǎng)印刷電極基片材料是聚醚醚酮(PEEK)。在印制電極的基片6上單獨(dú)印刷鈦粉/納米氧化鈦工作電極2，基片上還印制有一電極規(guī)范層7 ;在基片5上印制有2個(gè)電極，分別是碳輔助電極和Ag-AgCl參比電極，各電極對(duì)應(yīng)連接有一電極引線，所述的基片上還印制有兩個(gè)電極規(guī)范層3和4。兩個(gè)基片采用防水硅橡膠粘合到一起。此方法在一定程度上加速了電子傳遞和催化活性，但其電子傳遞和催化活性效果提升有限，且制備成本較高、制備工藝較為繁瑣，從而增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述的電子傳遞和催化活性效果提升有限、制備成本較高、制備工藝較為繁瑣等技術(shù)問(wèn)題，提出一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、加工方便且電子傳遞和催化活性效果好的一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極及其加工方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，本發(fā)明提供一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極，包括基片，所述基片上印刷有工作電極、對(duì)電極以及導(dǎo)電引線，所述工作電極與導(dǎo)電引線以及對(duì)電極與導(dǎo)電引線之間電性連通，所述工作電極與導(dǎo)電引線以及對(duì)電極與導(dǎo)電引線之間通過(guò)引線電性連通，所述工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線以及引線的材質(zhì)均為石墨稀導(dǎo)電油墨。
[0006]作為優(yōu)選，所述基片上還印刷有參比電極。
[0007]作為優(yōu)選，所述參比電極的材質(zhì)為銀漿和氯化銀漿的混合物。
[0008]作為優(yōu)選，所述引線的上方還覆蓋有一層絕緣層。
[0009]本發(fā)明還提供了加工上述一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極的方法，包括以下步驟:
[0010]a、基片處理:將裁減好的基片先用丙酮超聲清洗，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗，自然晾干；
[0011]b、電極印刷:以石墨烯導(dǎo)電油墨為電極材料，在基片上印刷工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線以及引線，印刷完畢后，送入烘箱內(nèi)，烘干；
[0012]c、參比電極印刷:以銀漿和氯化銀漿的混合物為參比電極材料，在基片上印刷參比電極，印刷完畢后，送入烘箱內(nèi)，烘干；
[0013]d、絕緣層印刷:以絕緣油墨為絕緣層材料，在基片上印刷絕緣層，絕緣層除了工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線以及參比電極以外的地方均覆蓋印刷，印刷完畢后，送入烘箱內(nèi)，烘干，至此絲網(wǎng)印刷電極完成。
[0014]e、修飾電極:將聚苯乙烯磺酸鹽與氨基水楊酸配置成0.1?10mg/mL分散液，待配置完成后，將配置好的分散液滴涂在絲網(wǎng)印刷電極的工作電極表面，自然晾干。
[0015]f、電極活化:將修飾工作電極放置在硫酸或醋酸緩沖溶液中或碳酸鹽緩沖溶液中浸泡，采用循環(huán)伏安法，待電化學(xué)信號(hào)穩(wěn)定，用二次蒸餾水沖洗，烘干即可。
[0016]作為優(yōu)選，所述a步驟中，將裁減好的基片先用丙酮超聲清洗1?3次，每次清洗5?15min，以清除其表面的污垢，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗1?3次，每次清洗5?15min，自然晾干。
[0017]作為優(yōu)選，所述聚苯乙烯磺酸鹽與氨基水楊酸之間的配比為1:10?10:1。
[0018]作為優(yōu)選，所述e步驟中，取2?20 μ L的配置好的分散液滴涂在絲網(wǎng)印刷電極的工作電極表面，自然晾干。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于，
[0020]1、本發(fā)明利用石墨烯具有較大的比表面積、較高的電催化和電化學(xué)活性，使其作為工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線以及引線的材質(zhì)，進(jìn)而提高待檢測(cè)分子或離子在電極反應(yīng)界面上的電子傳遞性能，同時(shí)利用石墨烯導(dǎo)電油墨制備的絲網(wǎng)印刷電極既有利于重金屬離子的吸附，又有利于表面功能化的修飾。
[0021]2、本發(fā)明在利用石墨烯作為電極材料的同時(shí)，簡(jiǎn)化印刷步驟，通過(guò)簡(jiǎn)化印刷步驟，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本、提高工作效率。
[0022]3、本發(fā)明將聚苯乙烯磺酸鹽與氨基水楊酸配置成修飾電極的分散液，進(jìn)而提高了電極的靈敏度，通過(guò)對(duì)工作電極的活化，進(jìn)而提高了整個(gè)絲網(wǎng)印刷電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為實(shí)施例1提供的絲網(wǎng)印刷電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為實(shí)施例2提供的絲網(wǎng)印刷電極循環(huán)伏安圖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]以上各圖中，1、基片；2、工作電極；3、對(duì)電極；4、導(dǎo)電引線；5、引線；6、參比電極；
7、絕緣層。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0028]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開(kāi)說(shuō)明書的具體實(shí)施例的限制。
[0029]石墨烯具有較大的比表面積、較高的電催化和電化學(xué)活性。在重金屬離子檢測(cè)傳感器領(lǐng)域中，石墨烯的應(yīng)用能提高待檢測(cè)分子或離子在電極反應(yīng)界面上的電子傳遞性能，進(jìn)而極大地提高了傳感器的性能。此外，石墨烯的邊緣和缺陷部位具有較高的活性，特別是通過(guò)化學(xué)氧化法制得的氧化石墨烯含有大量的含氧基團(tuán)，如-C00H、-C = 0、_0H等活性含氧官能團(tuán)。因此石墨稀或氧化石墨稀復(fù)合材料可作為新型的修飾電極材料。
[0030]實(shí)施例1，如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于石墨烯導(dǎo)電油墨的絲網(wǎng)印刷電極，包括基片，基片的形狀為市場(chǎng)上常見(jiàn)的基片的形狀，基片材料選取范圍廣泛，任何可用于絲網(wǎng)印刷的絕緣材料都可用于電極基片，優(yōu)選聚氯乙(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)或PET塑料等，基片上印刷有工作電極、對(duì)電極以及導(dǎo)電引線(具體布局方式如圖1中a圖所示，此類布局方式也為市場(chǎng)上常見(jiàn)的布局方式，當(dāng)然也可以采用其他的布局方式)，本實(shí)施例所提供的絲網(wǎng)印刷電極為三電極結(jié)構(gòu)，工作電極與導(dǎo)電引線以及對(duì)電極與導(dǎo)電引線之間電性連通，工作電極與導(dǎo)電引線以及對(duì)電極與導(dǎo)電引線之間通過(guò)引線(引線也可以歸為導(dǎo)電引線，在本實(shí)施例中，為了好表述，將引線與導(dǎo)電引線分開(kāi)描述)電性連通，工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線以及引線的材質(zhì)均為石墨烯導(dǎo)電油墨，當(dāng)然也可以只有工作電極和對(duì)電極的材料選用石墨烯導(dǎo)電油墨，在本實(shí)施例中，所用石墨烯導(dǎo)電油墨為濟(jì)寧利特納米公司所生廣的石墨稀導(dǎo)電油墨。
[0031]為了更好的測(cè)量工作電極的電勢(shì)，在本實(shí)施例中，在基片上還印刷了參比電極(具體位置如圖1中b圖所示)，在本實(shí)施例中，為了能夠更好的測(cè)量，提高準(zhǔn)確度，參比電極的材質(zhì)為銀漿和氯化銀漿的混合物。
[0032]同樣，為了保護(hù)電極，在本實(shí)施例中，在基片上還印刷了絕緣層，如圖1中c圖所示，絕緣層主要覆蓋了引線的上方以及基片上除去工作電極、對(duì)電極、導(dǎo)電引線(導(dǎo)電引線以及與導(dǎo)電引線屬于同一矩形區(qū)域