[发明专利]一种碳空心球与多孔掺硼金刚石复合膜传感器电极的制备方法

说明书

一种碳空心球与多孔掺硼金刚石复合膜传感器电极的制备方法。制备步骤如下：1)利用热丝CVD法在钽片上沉积掺硼金刚石膜，在腔室通入氢气，碳源和硼源，开灯丝电源，加偏压，调节压强和控制温度、时间；2)采用射频磁控溅射仪在掺硼金刚石膜上镀镍，向真空室通入氩气，开启溅射电源，调节压强和功率；3)利用直流电弧等离子体喷射CVD设备对掺硼金刚石进行刻蚀，通入氢气和氩气，开磁场控制电源，调腔压和泵压，控制温度和时间，制备出多孔掺硼金刚石；4)利用水热法制备碳空心球/多孔掺硼金刚石复合电极。将多孔掺硼金刚石投入β‑环糊精和F‑127混合悬浊液中，进行水热处理，取出后冷冻干燥，马弗炉中退火即制备复合电极。

技术领域

本发明属于薄膜电子材料领域，公开了一种电化学传感器电极及其制备方法，具体涉及掺硼金刚石，碳空心球与复合物的制备及其在电化学传感器中的应用。

背景技术

电化学传感器因灵敏度高、响应速度快、成本低而开始广泛应用到化工、食品及医疗等各个领域中。电化学传感器的关键部件是传感器电极，而目前传感器电极存在的问题是因敏感膜与固体电极的膜基结合力弱而稳定性差，因电势窗口狭窄而不能检测响应在高电位处的物质及不能实现多物质同时检测，因背景电流大而无法进一步优化检测限而实现恒量检测。

掺硼金刚石(Boron-doped diamond BDD)薄膜作为电极材料，它拥有耐腐蚀性、宽电势窗、低背景电流和接近导体的电导率。碳空心球密度较小、比表面积大、稳定性比较好并且可以对中空结构进行填充，具有强吸附性和催化作用等特点。将掺硼金刚石与碳空心球复合作为传感器电极，目前还没有相关报道。

发明内容

本发明的目的是针对目前传感器存在的问题，提供一种碳空心球与多孔掺硼金刚石复合膜传感器电极的制备方法，实现同时检测包括抗坏血酸、多巴胺和尿酸在内的各种物质，实现降低检测限，提高灵敏度的目的。

本发明的技术方案

一种碳空心球与多孔掺硼金刚石复合膜传感器电极的制备方法，步骤如下：

(1)利用热丝化学气相沉积(CVD)法在钽片上沉积掺硼金刚石膜，其中碳源为甲烷，硼源为硼酸三甲酯，用乙醇溶解后由氢气代入，硼源、氢气及甲烷的流量分别为6mL/min、300mL/min和6mL/min，反应室压强35～39Torr，基底温度800℃～1000℃，生长时间45～72h；

(2)利用射频磁控溅射仪在掺硼金刚石膜上溅射一层镍颗粒，先后启动一级泵和二级泵，使反应室真空度达到10^-4Pa，通入纯度为99.999％的氩气，流量为15mL/min，调节分子泵保持腔室压强为1～2Pa。开射频源，预热5～10min，调节功率为120～150W，溅射时间为30～50s。

(3)采用直流电弧等离子体喷射CVD设备，对步骤(2)中制备的镍与掺硼金刚石复合膜进行等离子体刻蚀，样品距离等离子喷射口2～4cm，等离子体气氛为1.5L/min的氢气和1.5L/min的氩气，保持腔压2800～3000Pa，泵压13000～13500Pa，开始调磁场控制电压至6V，启动后弧电压为52V，弧电流95.6A。温度700～800℃，时间为2～5min，由此获得多孔掺硼金刚石膜；

(4)制备线性聚合物和环状聚合物的混合悬浮液。线性聚合物可以采用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(F127)，环状聚合物可以采用α-环糊精或β-环糊精。

(5)将步骤(3)中得到的多孔掺硼金刚石放入步骤(4)中制备的线性聚合物和环状聚合物的混合悬浮溶液中搅拌6～24个小时；

(6)将步骤(5)中得到的多孔掺硼金刚石及线性聚合物和环状聚合物的混合悬浮液转移到消解罐内密封好，在200℃进行水热处理6～12小时，降至常温后取出多孔金刚石膜进行冷冻干燥，设置温度为-53～-50℃、压强为10-15Pa，干燥时间为30-60min。