[發明專利]夾心式冷熱交變電極及其制造方法

有效

• 申請號: 201510588807.6
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105116035B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 孫建軍;黃宗雄;楊森
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種夾心式冷熱交變電極及其制造方法。包括一導電材料及將該導電材料夾在中間的半導體元件，所述半導體元件由對稱的兩片或多片半導體制冷片組成，通過直流電源調節對稱的半導體制冷片的電流方向使得對稱的半導體制冷片朝向導電材料的一側同時發熱或制冷；所述導電材料與半導體制冷片連接的其中一端通過隔熱材料包裹并伸出部分作為電化學電極。本發明不僅可以快速升高電極溫度、提高反應速率、提高靈敏度、去除電極表面污染物等優點，還可方便將電極所接觸的溶液溫度降到低于其冰點溫度而不結冰，形成過冷溶液區域；本發明為研究過冷極端環境下溶液的物理化學性質，生物分子在電極上的自組裝行為以及生物活性物質的電化學行為提供可能。

技術領域

本發明屬于電化學領域，涉及可雙向快速控溫的電化學電極及其制造方法，具體為一種夾心式冷熱交變電極及其制造方法。

背景技術

熱電極在近二十年里已由德國科學家Gründler發展成為一種分析檢測工具。該方法主要是通過高頻交流電或直流電對工作電極進行加熱升溫。該方法能通過調節加熱電流的大小直接控制電極的溫度。熱電極的應用范圍從重金屬的檢測到有機溶液的電化學分析，乃至電極溫度在沸點以上的電化學行為研究。熱電極有很多優點，例如迅速控制電極的溫度，顯著增強被檢測物質信號等，另外還有提高酶的活性，去除電極表面污染物等優點。

但是，以往的熱電極只能提高電極表面溫度，不能對電極制冷。低溫電化學技術自發明以來，已經被應用于電分析化學的各個研究領域。低溫技術應用范圍從中間體自由基的檢測到有機溶液的電化學分析，乃至整體電解質在固態情況下的電化學伏安法研究。對于超冷電極技術，它不同于低溫電化學技術，它是對電極本身或對電極附近溶液進行降溫，在電極表面微區內形成一個溫度差梯度，從而不影響整體溶液的溫度和參比電極的電位，適合于研究過冷溶液理化性質和生物分子活性。我們制作的溫控電極不僅繼承了低溫電化學的優點，拓寬了溫度檢測的范圍，而且對于零度以下生物活性物質的研究，溫控電極技術不需要用到有機溶劑，不會對生物物質或者細胞產生毒害作用。

在本發明中溫控電極既可以升溫，又可以降溫以便獲得穩定的過冷溶液。它主要通過調節半導體制冷片的電流的方向和大小來實現。

采用高頻交流電來加熱熱電偶微電極的方法可以使得微電極表面溫度升高（湯儆；杜琳；肖孝建；吳挺；吳海彬. 一種多用熱電偶微電極及其制作方法 [P]. 中國專利：CN102589739A,2012-07-18），由于采用高頻交流電的方法可以快速調控溫度，但是它對于熱電偶電極的電阻有嚴格的要求，采用的熱電偶絲的直徑是25μm的鉑絲和25μm的鉑銠絲，氫氧焰燒結的熱電偶頭子直徑在微米級別，而本專利中用到的熱電偶頭大小在0.1毫米~5毫米范圍。通過盛放有制冷劑的容器和金屬棒來傳熱（孫建軍；黃宗雄；楊森；郭俊偉. 一種獲得過冷溶液的裝置及其制造方法 [P]. 中國專利：CN 103776198A,2014-05-07）的方法可以獲得過冷溶液，但是由于制冷劑的揮發和震動，會使得過冷裝置穩定性不是很好。通過圓錐導體固定在半導體元件上并利用絕熱槽子充滿循環溶液的方法（孫建軍；楊森；鐘易娟；黃宗雄；郭俊偉. 一種溫度可雙向調控的電化學電極及其制造方法 [P]. 中國專利：CN103901086A,2014-07-02）可以雙向調控電極表面的溫度，但是由于循環溶液和金屬圓錐導體的引入使得傳熱速度變慢，此外電極表面測溫的準確性也沒有熱電偶的準確性高。

本發明設計了溫度可雙向快速調控的電化學電極。利用本發明，可以快速準確的雙向控制電極表面溫度，不僅可以應用于重金屬的檢測，有機溶液的電化學分析，而且可以提高酶的活性，去除電極表面污染物等優點。在電極制冷方面，可以用于研究低溫下反應的動力學特征及其反應機理，自由基衰變機理，低溫下電解合成和電聚合反應。

發明內容