[發明專利]一種多壁碳納米管修飾碳纖維微電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201710028034.5
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106770574B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 陸龍生;梁林生;張飛翔;謝穎熙
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于電化學傳感器領域，具體涉及一種多壁碳納米管修飾碳纖維微電極的制備工藝。

背景技術

超微電極是指尺寸在μm級或納米級范圍的電極，當電極的一維尺寸從毫米級降低至μm級時, 表現出許多優良的電化學特性，在理論上比常規電極更適用于電化學反應過程中的熱力學和動力學研究。由于具有很小的尺寸，能插入活體組織的細胞中進行有關成分的測量，而不對其造成損害，因此作為特殊微型生物化學傳感器而備受矚目，在微觀電化學分析和生物活體組織分析等領域具有廣闊的應用前景。碳纖維單絲的直徑只有幾μm，可以直接制成微電極，而且有著很高的比強度和楊氏模量、良好的導電性能、耐高溫、抗腐蝕等優異的性能，制成電極后穩定性和重現性好，能夠適用于各種場合，是近年來備受關注的微電極材料。

但碳纖維的表面是石墨亂層結構，比表面積小而且活性低，導致碳纖維微電極的響應電流很小，難以被傳統儀器準確測量，限制了碳纖維微電極在生物化學分析領域的廣泛應用。碳納米管由呈六邊形排列的碳原子組成，長度是μm級的，直徑是納米級的，擁有獨特的中空結構和極大的比表面積，具有優異的電性能。用碳納米管修飾碳纖維電極，可以在保留碳纖維微小直徑的基礎上有效增加電極表面積，提高電催化活性和響應靈敏度，而且碳納米管和碳纖維同屬碳材料，兼容性較好，保證了微電極良好的穩定性和重現性。

發明內容

本發明的目的解決碳纖維微電極比表面積小、響應靈敏度低以及制備工藝復雜的問題，提出一種基于化學氣相沉積法制備多壁碳納米管修飾碳纖維微電極的工藝方法，用于批量生產電化學性能優異、可靠性強、應用范圍廣的碳纖維微電極。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種多壁碳納米管修飾碳纖維微電極，包括絕緣銅導線、碳纖維單絲，所述碳纖維單絲一端通過導電性粘膠與絕緣銅導線的銅芯一端相連接，所述碳纖維單絲與絕緣銅導線的連接處的裸露部分包裹有錐形的環氧樹脂，所述碳纖維單絲另一端延伸并裸露于環氧樹脂外100 ~ 500μm。

進一步地，所述的導電性粘膠為導電銀膠。

進一步地，所述的環氧樹脂為快速固化環氧樹脂。

進一步地，所述碳纖維單絲的直徑為5 μm ~7 μm (具體直徑根據所用的碳纖維型號而定)。

一種如所述多壁碳納米管修飾碳纖維微電極的制備方法，包括步驟：

步驟一，對碳纖維絲束進行去漿料和敏化活化處理；之所以要先進行去漿處理是因為出廠的碳纖維絲束一般都涂上了漿料用以集束和保護；敏化活化處理是為了在碳纖維表面鍍上一層具有催化活性的貴金屬，形成化學鍍的催化中心，使后續的化學鍍鎳過程順利進行；

步驟二，在活化后的碳纖維表面進行化學鍍鎳沉積納米金屬鎳顆粒；化學鍍鎳相比其他鍍鎳方法更迅速高效，而且得到的鍍層更均勻、顆粒直徑更小；通過控制化學鍍鎳的速率和時間可以獲得不同的顆粒大小和厚度的鍍鎳層。

步驟三，通過化學氣相沉積法在碳纖維表面修飾多壁碳納米管；采用金屬鎳作為催化劑，乙炔作為碳源，氬氣作為載體氣；乙炔在高溫和鎳的催化作用下裂解出碳原子，吸附在鎳顆粒表面擴散沉積形成碳納米管。

步驟四，從修飾后的碳纖維絲束中分離碳纖維單絲制備成多壁碳納米管修飾碳纖維微電極，選用高剛性的絕緣銅導線，加上環氧樹脂密封連接處的制備方法，相比傳統毛細玻璃管封裝的方法操作更加便捷而且不容易損壞碳纖維單絲。

進一步地，所述步驟一具備包括：

將碳纖維絲束放到丙酮中浸泡約20 ~ 40分鐘去除表面漿料；

超聲波震蕩分散清洗后，分別放進敏化液和活化液中浸泡5 ~ 10分鐘行敏化活化，所述敏化液為10g/L的SnCl₂·2H₂O和40 ml/L的鹽酸，所述的活化液為0.5g/L的PdCl₂和20 ml/L的鹽酸；

取出后用去離子水清洗。

進一步地，所述的步驟二具體包括：

將所需質量比的次亞磷酸鈉、六水硫酸鎳、檸檬酸鈉、氯化銨依次溶于去離子水配成鍍鎳溶液，水浴加熱到70 ~ 80 ℃，加入氨水調節pH值為8~9；然后加入步驟一中敏化活化后的碳纖維進行鍍鎳反應，5~10分鐘后取出，以獲得較薄的鎳催化劑層；

最后用去離子水清洗干凈，最后放到真空干燥箱中烘干。

進一步地，所述的步驟三具體包括：

將鍍鎳后的碳纖維放到管式爐中，抽真空后通入氬氣，流速為50~80 sccm；