在含有疏水性的硅柱的硅片表面构筑微电极对阵列的方法

日期:2019-03-02 15:12:21

专利名称:在含有疏水性的硅柱的硅片表面构筑微电极对阵列的方法
技术领域
本发明属于电子电路领域,特别涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面积定向排列的纳米导线,从而构筑微电极对阵列的方法。
背景技术
微电极是指电极的一维尺寸为微米级(lX10_6m)至纳米(lX10_9m)级的一类电极。当电极的一维尺寸从毫米级降低至微米级时,表现出许多优良的电化学特性,例如微电极不仅因为电极微小而有利于在体分析,更重要的是,它具有常规电极无可比拟的优点,即极高的稳态电流密度、极短的响应时间、极化电流小、欧姆压降小、传质速度高、信噪比大, 可用于瞬态电极过程研究、高阻抗电解质和流动体系。微电极阵列是指由多个微电极集束在一起所组成的外观单一的电极,其电流是各个单一电极电流的加和,这类电极保持了原来单一电极的特性,又可以获得较大的电流强度,提高了测量的灵敏度。近年来,微电极阵列由于在微电子电路、生物传感器、微流体等流域具有广泛的应用,引起了人们的普遍重视。目前,制备微电极阵列的方法主要是国外的top-down技术,SP使用聚焦激光刻蚀娃片从而制备出微型的电极对阵列(Clendenning SB, Aouba S,RayatMS, Grozea D, Sorge JB, Brodersen PM. Adv. Mater.先进材料,2004 年,16 期,215 页)。但是这类方法需要昂贵并且复杂的制备仪器,并且制备样品需要的时间长、效率低。另一类使用的是湿化学法(溶剂挥发自组装的技术),(Ryu DY, Shin K, DrockenmullerE, HawkerCJjRussell TP. Science科学杂志,2005年,308期,236页)即将含有纳米导线的水或者有机溶剂,或者将含有能够形成纳米导线的物质的水或者有机溶剂铺展到微柱阵列的硅片电极表面,随着水或者有机溶剂的快速挥发,纳米导线会自组装到微柱阵列的电极顶端。这类方法克服了制备微电极对阵列需要时间长的缺点,但是组装的效果不理想,经常有缺陷并且由于表面粘附的原因形成局部区域的缺陷。因此,微电极阵列的生产中需要一种快速、大面积、无粘附、纳米导线尺度可调控的制备方法。

发明内容
本发明的目的在于提供一种在疏水性微加工硅片的表面上形成大面积定向排列的直径为纳米级的纳米导线,从而构筑微电极对阵列的方法;该方法能够调节所述纳米导线的粗细、长短及空间排列方式。本发明的在含有疏水性的娃柱的娃片表面构筑微电极对阵列的方法包括以下步骤(I)将表面含有亲水性的娃柱阵列的娃片浸泡到含有氟娃烧的有机溶剂中,或将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的环境中,或将氟硅烷溶液直接滴加到表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面;使所述的硅片与氟硅烷分子进行接枝反应,将氟硅烷分子修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片;(2)驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤⑴得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成定向(方向可控)排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成所述的微电极对阵列(如图I所示)。本发明中的所述的硅柱由于是疏水性的,水溶液不会浸润硅柱,只会在硅柱顶端停留;当水溶液流过硅柱时,由于表面的粘附力存在,随着水分的蒸发,会在相邻的两个硅柱的顶端拉成直径为纳米级的纳米导线,如图I所示。所述的驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液流经疏水性的硅柱阵列的顶端表面的流速是0. l-5cm/s。所述的驱使的方法可以是利用重力作用驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面;也可以是利用粘 附诱导方法,通过具有更大粘附力的小棒诱导含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面(由于硅柱是疏水性的,对于水粘附力小,所以用普通的小棉棒就能粘附水滴移动);也可以是利用磁场这种物理场效应技术驱动含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面(由于水溶液中含有形成纳米导线的物质,这是顺磁形的物质(如pss-pedot这种聚合物含有三价铁,有弱顺磁性),可以用磁场诱导)。所述的含有形成纳米导线的物质的水溶液的质量浓度为1X10_9% -20%。所述的形成纳米导线的物质可以是不导电的物质与金属粒子的掺杂物、半导体的物质或导电的物质。所述的掺杂物中的不导电的物质金属粒子的质量比为I : 1-1 50。所述的不导电的物质选自淀粉、葡萄糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-聚羟乙酸、聚酸酐和聚-a -氨基酸等这些溶于水的聚合物中的一种或几种。所述的金属粒子的粒径为IO-IOOOnm ;所述的金属选自铜、银、金和钼中的一种或几种。所述的半导体的物质选自聚3,4_乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐、A1203、CuO、NiO、TiO2、SiO2、GeO2、V2O5、Mn2O3、Mn3O4、ZrO2、ZnO、Co3O4、Nb2O5、MgTiO3、PdO、CeO2、BaTiO3、La2CuO4、SnO2, NiFe2O4" Fe3O4、Pb (Zrtl 52Titl 48) O3 和 NiTiO3 等中的一种或几种。所述的导电的物质选自铜粒子、银粒子、金粒子、钼粒子、石墨粉、聚苯乙烯磺酸盐-聚3,4-乙撑二氧噻吩(PSS-PED0T)、聚对苯撑乙烯和聚氧乙烯等中的一种或几种;其中铜粒子、银粒子、金粒子和钼粒子的粒径都为10-1000nm。所述的相邻的两个硅柱之间的间距是I微米-30微米(包括横向及纵向)。本发明通过调节所述的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接;当相邻的两个硅柱之间的间距大于30微米时,一般情况下在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线将不能连接在一起。所述的硅柱的直径为微米级尺度。所述的形成定向(方向可控)排列的直径为纳米级的纳米导线,其纳米导线的纵向排列方向为所述水溶液的流动方向。所述的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片,可由本领域的常规技术制备得到;如可以采用激光刻蚀的方法制备得到所述含有亲水性的硅柱阵列的硅片,也可以用掩模板加曝光的方法制备得到所述含有亲水性的硅柱阵列的硅片,也可以是用湿化学的方法腐蚀得到所述含有亲水性的硅柱阵列的硅片。所述的将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有机溶剂中进行接枝反应的时间是1-24小时。所述的含有氟硅烷的有机溶剂,其氟硅烷在有机溶剂中的质量浓度为1% -25%。所述的有机溶剂是乙醇、丙酮或二甲亚砜等。所述的将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的环境中进行接枝反应的时间是1-48小时。所述的将氟硅烷溶液直接滴加到表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面进行接枝反应的时间是0. 5-12小时。所述的氟硅烷是C8-C22的长链氟硅烷,优选为十二烷基氟硅烷或十八烷基氟硅烷。本发明采用了在含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面上接枝氟硅烷的方法,使得所述亲水性的硅柱阵列的表面与水的接触角由10°增大到150°以上,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片。驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经所述的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,从而形成微电极对;多个所述的微电极对构成所述的微电极对阵列。由于硅柱的顶端面积、间距、成丝物质可以改变,因此可以十分方便地调节纳米导线的粗细、长短、空间排列方式。本发明得到的纳米导线阵列经过长达两个月的放置不会消失,且经过一小时的紫外光照对其形成无影响,生成的纳米导线性质稳定。本发明的方法操作简便、易于控制、所需设备简单、能够大规模生产,可用于微电子电路、生物传感器、微流体等领域。


图I.本发明的由多个微电极对构成的微电极对阵列示意图。
具体实施例方式以下实施例仅是对本发明的技术方案作进一步的说明,而不是对本发明的技术方案进行限制。实施例I(I)将采用激光刻蚀出的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的间距是15微米,硅柱的直径为微米级尺度)浸泡到含有质量浓度为1%的八烷基氟硅烷的乙醇溶液中,使所述的硅片与八烷基氟硅烷分子进行接枝反应12小时,将八烷基氟硅烷分子修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用重力作用,以5cm/s的速度驱使含有质量浓度为I %的聚乙烯醇和粒径为IOnm的铜纳米粒子掺杂的水溶液(聚乙烯醇和铜纳米粒子的质量比为I : 5)匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所示的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列 的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0. 5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 8s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 7s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。实施例2(I)将采用掩模板加曝光的方法制备得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的间距是I微米,硅柱的直径为微米级尺度)浸泡到含有质量浓度为13%的十烷基氟硅烷的丙酮溶液中,使所述的硅片与十烷基氟硅烷分子进行接枝反应I小时;将十烷基氟硅烷分子修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用粘附诱导技术,用普通的小棉棒粘附含有质量浓度为1X10_9%的聚3,4-乙撑二氧噻吩的水溶液,以0. I cm/s的速度匀速定向的流经步骤⑴得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个微电极对阵列(如图I所示)。实施例3(I)将采用湿化学的方法腐蚀得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的间距是30微米,硅柱的直径为微米级尺度)浸泡到含有质量浓度为25%的十二烷基氟硅烷的二甲亚砜溶液中,使所述的硅片与十二烷基氟硅烷分子进行接枝反应24小时,将十二烷基氟硅烷分子被完全修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用磁场作用,以lcm/s的速度驱使含有质量浓度为20%的聚苯乙烯磺酸盐-聚3,4_乙撑二氧噻吩(PSS-PED0T)的水溶液,匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个娃柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所不的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0.5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 9s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 6s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。实施例4(I)将采用激光刻蚀的方法制备得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列 中的两相邻的硅柱与硅柱之间的间距是15微米,硅柱的直径为微米级尺度)放入到十四烷基氟硅烷的蒸汽环境中,使所述的硅片与十四烷基氟硅烷分子进行接枝反应12小时,将十四烷基氟硅烷分子被完全修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度); (2)利用重力作用,以5cm/s的速度驱使含有质量浓度为I %的聚丙烯酸和粒径为IOOnm的银纳米粒子掺杂的水溶液(聚丙烯酸和银纳米粒子的质量比为I : 1),匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所示的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0.5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 9s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 6s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。实施例5(I)将采用掩模板加曝光的方法制备得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的距离是I微米,硅柱的直径为微米级尺度)放入到十六烷基氟硅烷的蒸汽环境中,使所述的硅片与十六烷基氟硅烷分子进行接枝反应I小时,将十六烷基氟硅烷分子被完全修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用粘附诱导技术,用普通的小棉棒粘附含有质量浓度为1X10_9%的Al2O3的水溶液,以0. lcm/s的速度匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个微电极对阵列(如图I所示)。实施例6(I)将采用湿化学的方法腐蚀得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的距离是30微米,硅柱的直径为微米级尺度)放入到十八烷基氟硅烷的蒸汽环境中,使所述的 硅片与十八烷基氟硅烷分子进行接枝反应48小时,将十八烷基氟硅烷分子被完全修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用重力作用,以lcm/s的速度驱使含有质量浓度为20%的聚对苯撑乙烯水溶液,匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个所述硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所示的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0. 5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 8s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 7s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。实施例7(I)将二十烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用激光刻蚀的方法制备得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的距离是15微米,硅柱的直径为微米级尺度),使所述的硅片与二十烷基氟硅烷分子进行接枝反应0. 5小时,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用重力作用,以5cm/s的速度驱使含有质量浓度为I %的聚醋酸乙烯和粒径为IOOOnm的金纳米粒子掺杂的水溶液(聚醋酸乙烯金纳米粒子的质量比为I : 50)匀速流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的微柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所示的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0. 5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 8s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 7s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。实施例8(I)将二十二烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用掩模板加曝光的方法制备得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的距离是I微米,硅柱的直径为微米级尺度),使所述的硅片与二十二烷基氟硅烷分子进行接枝反应6小时,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);(2)利用粘附诱导技术,用普通的小棉棒粘附含有质量浓度为I X 10_9%的NiFe2O4的水溶液,以0. lcm/s的速度匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列、的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个所述硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个微电极对阵列(如图I所示)。实施例9(I)将十八烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用湿化学的方法腐蚀得到的表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面(阵列中的两相邻的硅柱与硅柱之间的距离是30微米,硅柱的直径为微米级尺度),使所述的硅片与十八烷基氟硅烷分子进行接枝反应12小时,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片(阵列中的硅柱的直径为微米级尺度);2)利用重力作用,以lcm/s的速度驱使含有质量浓度为20%的石墨粉水溶液,匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,随着硅柱顶端上的水分的蒸发,即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个所述硅柱的顶端上形成排列规整且定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成了一个如图I所示的微电极对阵列(微电极对阵列的密度是31250个电极对/cm2)。将上述制备得到的含有微电极对阵列的硅片接入到印刷电路板中,用环氧树脂对印刷电路板进行绝缘封装,预留出与外部电极导通的部分。采用三电极体系,将含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,银电极作为对电极,参比电极为饱和甘汞电极。在0. 5g/L的KCl溶液中用循环伏安法表征工作电极的电化学性质,电位区间为-0. 1V-0. 6V,扫描速度为50mV/s。上述制备的含有微电极对阵列的硅片作为工作电极,能很好地保持稳定状态的伏安曲线,电响应时间为0. 8s,比普通铜电极的响应时间要减少0. 7s。通过调节上述硅柱阵列中的相邻的两个硅柱之间的间距,可以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。
权利要求
1.一种在含有疏水性的娃柱的娃片表面构筑微电极对阵列的方法,其特征是,该方法包括以下步骤 (1)将表面含有亲水性的娃柱阵列的娃片浸泡到含有氟娃烧的有机溶剂中,或将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的环境中,或将氟硅烷溶液直接滴加到表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面;使所述的硅片与氟硅烷分子进行接枝反应,将氟硅烷分子修饰到所述的硅片表面,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片; (2)驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面,在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成定向排列的直径为纳米级的纳米导线,形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对;多个所述的微电极对构成所述的微电极对阵列; 所述的形成纳米导线的物质是不导电的物质与金属粒子的掺杂物、半导体的物质或导电的物质。
2.根据权利要求I所述的方法,其特征是所述的驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液的流速是0. l-5cm/s ; 所述的含有形成纳米导线的物质的水溶液的质量浓度为1X10_9% -20%。
3.根据权利要求I或2所述的方法,其特征是所述的驱使的方法是利用重力作用、利用粘附诱导方法或利用磁场。
4.根据权利要求I或2所述的方法,其特征是所述的掺杂物中的不导电的物质金属粒子的质量比为I : 1-1 : 50 ; 所述的不导电的物质选自淀粉、葡萄糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-聚羟乙酸、聚酸酐和聚-a -氨基酸中的一种或几种; 所述的金属粒子的粒径为IO-IOOOnm ;所述的金属选自铜、银、金和钼中的一种或几种; 所述的半导体的物质选自聚3,4_乙撑二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐、A1203、CuO、NiO、TiO2" Si02、Ge02、V2O5、Mn2O3、Mn3O4、ZrO2、ZnO、Co3O4、Nb2O5、MgTi O3、PdO、CeO2、BaTi O3、La2Cu O4、SnO2. NiFe2O4" Fe3O4" Pb (Zr0.52Ti0.48) O3 和 NiTiO3 中的一种或几种; 所述的导电的物质选自铜粒子、银粒子、金粒子、钼粒子、石墨粉、聚苯乙烯磺酸盐-聚3,4-乙撑二氧噻吩、聚对苯撑乙烯和聚氧乙烯中的一种或几种;其中铜粒子、银粒子、金粒子和钼粒子的粒径都为10-1000nm。
5.根据权利要求I或2所述的方法,其特征是所述的相邻的两个硅柱之间的间距是I微米-30微米。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征是调节所述的相邻的两个硅柱之间的间距,以控制在相邻的两个硅柱顶端上形成的所述纳米导线的连接或者不连接。
7.根据权利要求1、2或6所述的方法,其特征是所述的方法,其特征是所述的硅柱的直径为微米级尺度。
8.根据权利要求I所述的方法,其特征是所述的将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有机溶剂中进行接枝反应的时间是1-24小时。
9.根据权利要求I或8所述的方法,其特征是所述的含有氟硅烷的有机溶剂,其氟硅烷在有机溶剂中的质量浓度为1% -25% ;所述的有机溶剂是乙醇、丙酮或二甲亚砜。
10.根据权利要求I所述的方法,其特征是所述的将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的环境中进行接枝反应的时间是1-48小时。
11.根据权利要求I所述的方法,其特征是所述的将氟硅烷溶液直接滴加到表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面进行接枝反应的时间是0. 5-12小时。
12.根据权利要求9所述的方法,其特征是所述的氟硅烷是C8-C22的长链氟硅烷。
13.根据权利要求1、8、10或11所述的方法,其特征是所述的氟硅烷是C8-C22的长链氟硅烷。
全文摘要
本发明属于电子电路领域,涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面积定向排列的纳米导线,从而构筑微电极对阵列的方法。本发明采用了在含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面上接枝氟硅烷的方法,使得亲水性的硅柱阵列的表面与水的接触角由10°增大到150°以上,得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片。驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速流经所述疏水性的硅柱阵列的表面,即可大面积、快速地在构成疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成定向排列的直径为纳米级的纳米导线,并由该纳米导线连接该两个硅柱,从而形成微电极对;多个所述微电极对构成所述的微电极对阵列。本发明可以调节所述纳米导线的粗细、长短、空间排列方式。
文档编号B81C1/00GK102730625SQ20111008431
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者宋延林, 江雷, 王树涛, 苏彬, 马杰 申请人:中国科学院化学研究所


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