[发明专利]一种碳基及金属基电极阵列的低成本高精度制备方法

说明书

一种碳基及金属基电极阵列的低成本高精度制备方法，采用激光雕刻、光敏印章等模板构筑技术，在滤膜表面构筑自主设计的电极阵列过滤区域，利用模板过滤原理控制导电材料及修饰材料在滤膜表面形成电极阵列，经过后续的转印或封装处理，批量制备不同类型的碳基及金属基电极阵列。该方法制备过程简单、精度高、材料节省、污染小、成本低，能使用较低浓度的导电材料分散溶液，快速批量制备各种材质的电极阵列。所制备的电极阵列具有电阻低(碳基30Ω/sq，金属基2Ω/sq)、结构组成易调控、适用基底广泛、均匀性和重现性好等特点，能有效克服商品化丝网印刷电极的诸多不足，在环境保护、食品安全和疾病诊断等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子器件制备领域，具体涉及一种碳基及金属基电极阵列的低成 本高精度制备方法。

背景技术

根据相关统计数据，我国体外诊断市场规模已达每年数百亿人民币。目前， 体外诊断多采用化学发光等光学检测方法，其检测成本较高、且核心技术为国外 跨国公司垄断。与光学方法相比，电化学传感技术具有设备便携、使用方便、检 测成本低等特点，电化学血糖仪的大规模普及已证明其在低成本、便携式、快速 生化分析中的应用优势。然而，电化学血糖试纸所使用的丝网印刷碳电极，多采 用高粘度、成分复杂的导电碳浆通过丝网印刷方式生产，存在制备精度差、电活 性差、表面修饰方法有限等不足。同时，采用丝网印刷技术制备金、银、铂等贵 金属材料的电极阵列时，由于其导电浆料消耗大，所制备的电极成本昂贵、应用 范围有限。

为了克服丝网印刷技术的限制，一些其它类型的电极阵列构筑技术也被应用 于电化学传感领域，比如真空溅射、气相沉积、离子刻蚀、喷墨打印、光刻以及 各种类型的印刷技术。然而，这些方法往往存在生产设备昂贵、制备工艺复杂、 制备条件苛刻、电极材料类型有限等问题。模板过滤技术通过在滤膜表面构筑电 脑设计的电极阵列模板，采用减压过滤方式实现分散在溶液中的导电材料过滤固 定到模板镂空区域，从而形成具有特定形状的高均匀电极阵列。比如，Lee等将 无粘性的模板固定到滤膜表面，利用模板过滤原理，实现了超长纳米银线的阵列 化(Adv.Mater.2012,24,3326-3332)；等利用喷蜡打印机直接在滤膜表 面构筑过滤区域阵列，实现了氧化石墨烯阵列的构筑，并通过化学还原将其转化 成导电的石墨烯阵列(ACS Nano 2016,10,853-860)。然而，上述方案也存在不足之处，Lee将无粘性的模板固定到滤膜表面，其过滤装置复杂、难以应用于导 电材料的大体积稀溶液；等方案需要使用昂贵的喷蜡打印机，其模板滤 膜制备过程相对较复杂，采用石蜡作为模板材料也存在高温稳定性差等问题。

发明内容

本发明提供了一种碳基及金属基电极阵列的低成本高精度制备方法，制备成 本低，且可批量、可控地制备各种材质的高精度电极阵列，有效克服现有商品化 丝网印刷电极的诸多不足。

本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：

一种碳基及金属基电极阵列的低成本高精度制备方法，包括如下步骤：

(1)，在多孔滤膜表面通过粘贴或印制的方式固定绝缘性封装材料，得到过滤 区域呈电极阵列形状、其他区域被绝缘性封装材料封闭的过滤模板；

(2)，利用步骤(1)所得的过滤模板对导电材料的溶液进行减压抽滤，使导电 材料沉积到过滤模板的过滤阵列区域；

(3)，将沉积有导电材料的过滤模板进行干燥、洗涤、再干燥，得到以过滤模 板为载体的电极阵列。

优选地，所述固定绝缘性封装材料的方法为激光雕刻法，包括如下步骤：

(1)，利用激光雕刻机在绝缘性高分子胶带上雕刻出空白的电极阵列区域；

(2)，将高分子胶带有粘性的一面平铺固定于多孔滤膜的表面，得到过滤模板。 优选地，所述固定绝缘性封装材料的方法为光敏印章法，包括如下步骤：