[發明專利]聚甲基丙烯酸甲酯和碳納米管復合材料電極及其制備方法

無效

• 申請號: 200710042327.5
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN101097208A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 陳剛;魏邦國;姚瀟
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬電化學傳感器技術領域，具體涉及一種聚甲基丙烯酸甲酯/碳納米管復合材料電極及其制備方法。

背景技術

自從1991年日本的Iijima[1]首次報道碳納米管以來，該材料以其獨特的結構、優異的導電性、較高的機械強度、化學穩定性和催化活性等受到國內外相關領域的廣泛關注，在納米電子器件、超強復合材料、儲氫材料、催化劑載體等諸多新領域取得了較大突破，引起全球物理、化學及材料等科學界的極大興趣。近10年來國內外對碳納米管的研究與開發異常活躍，從制備、結構到物性和應用的探索連連取得重大突破。碳納米管具有一種新型的碳結構，可以形象的認為由石墨片按一定的螺旋度卷曲成的無縫納米級圓筒，兩端的“碳帽”由五元環和六元環封閉。

碳納米管以其獨特的性質在電化學和生物傳感器方面有良好的應用前景，最近的研究表明碳納米管對一些重要的生物活性物質有較強的電化學催化活性，而且可顯著提高檢測靈敏度并降低檢測過程中電極表面的污染。目前碳納米管微電極的制作方法主要有溶液表面修飾法[2]、石蠟油混合填充法[3]和電化學聚合表面修飾法[4]，溶液表面修飾法是將碳納米管分散在含或不含聚合物的溶液中，滴涂在電極表面，晾干即可，缺點是碳納米管修飾膜容易從電極表面脫落；石蠟油混合填充法是將碳納米管與石蠟油混合填充在電極管中，但電極中碳納米管糊為非剛性材料，在檢測過程中會變形，噪音大且信號的重現性不佳，故為一次性電極；電化學聚合表面修飾法是將碳納米管分散在聚合物的單體溶液中，經電化學聚合將碳納米管固定在電極表面的聚合物中，也存在電極表面碳納米管修飾層脫落的問題。

[參考文獻]

[1]Iijima，S.，Nature?1991，354，56-58.

[2]Wang，J.，Chen，G.，Chatrathi，M.P.，et?al.，Anal.Chem.2004，76，298-302.

[3]Chicharro，M.，Sanchez，A.，Bermejo，E.，et?al.，Anal.Chim.Acta，2005，543，84-91.

[4]Guo，M.L.，Chen，J.H.，Li，J.，et?al.，Anal.Chim.Acta?2005，532，71-77.

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械強度高、修飾層不易脫落，且工藝簡便、價格低廉的碳納米管電極及其制備方法。

本發明提供的碳納米管電極是一種聚甲基丙烯酸甲酯和碳納米管復合材料電極。其結構如圖1所示。它由電極管1、金屬導線2和電極體4組成；其中，電極體4由單體聚甲基丙烯酸甲酯預聚溶液與碳納米管原位聚合獲得，碳納米管的質量含量為電極體4總質量的30％-60％；填充于電極管1的底端部，拋成圓盤狀；金屬導線2一端位于電極體4中，另一端與電極管1的開口端部由粘合劑5固定。

本發明中，所述電極管1一般可采用熔融石英毛細管或玻璃毛細管；粘結劑5一般可采用熱熔膠。

本發明還提出上述聚甲基丙烯酸甲酯和碳納米管復合材料電極的制作方法。具體步驟如下：

將單體甲基丙烯酸甲酯與熱引發劑偶氮二異丁腈(用量為單體質量的0.1-0.3％)混合，在40-50℃水浴加熱使其溶解，然后于80-90℃水浴中加熱10-15分鐘，使單體溶液預聚成甘油狀粘性清亮溶液；將該溶液與碳納米管混合均勻，填充于電極管1中，并使一金屬導線2通過管內與甲基丙烯酸甲酯預聚溶液和碳納米管糊狀混合物3連接，在40-50℃的烘箱中聚合8-12小時使碳納米管和甲基丙烯酸甲酯預聚溶液糊狀混合物硬化得電極體4；然后將電極管的聚甲基丙烯酸甲酯和碳納米管復合物(即電極體4)填充端拋成圓盤狀，用粘合劑5將金屬導線2與電極管1另一端固定，即制得聚甲基丙烯酸甲酯和碳納米管復合材料電極成品。

本發明巧妙地利用了單體甲基丙烯酸甲酯本體聚合制作的技術優勢，在電極管中1直接進行本體聚合制備碳納米管復合材料電極體，無需特殊和昂貴的加工設備。由于該碳納米管電極中原位聚合形成的聚甲基丙烯酸甲酯/碳納米管復合材料為剛性，大大提高了電極的穩定性和機械強度，避免了碳納米管在使用中的脫落，同時降低了電極的噪音，提高了檢測信號的重現性。該電極制作工藝簡便，價格低廉，可批量加工，是一種高靈敏度的全固態碳納米管電化學傳感器，可用做毛細管電泳、微流控芯片、流動注射分析系統、液相色譜的電化學檢測器，在環境監測、臨床診斷和食品分析等領域中有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明微電極結構圖示。