[发明专利]一种贵金属电极阵列的低成本批量制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种贵金属电极阵列的低成本批量制备方法及其应用。将贵金属纳米颗粒的水溶液与一定浓度的无机盐水溶液等体积混合，利用盐析效应，使贵金属纳米粒子发生团聚，粒径变大；然后将混合溶液倒入固定了模板化微孔滤膜的装置中，通过减压过滤的方式，使聚集态的贵金属纳米颗粒在微孔滤膜的空白区域快速沉积和室温烧结，以形成图案化的电极阵列；最后经过水洗和干燥处理，可批量制备出低成本且高导电的贵金属电极阵列。该方法利用模板过滤法，具有制备装置和过程简单、制备成本低、材料利用率高等特点。且制备的电极阵列具有易于修饰、厚度可控、均匀性和导电性良好，在电化学传感器和柔性电子器件等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电子器件制备领域，具体涉及一种贵金属电极阵列的低成本批量制备方法及其应用。

背景技术

在化学上，贵金属被定义为即使在高温的条件下也具有优异的抗腐蚀性和抗氧化性的金属。常见的贵金属如金、银和铂等，它们具有相对稳定的化学性质和理想的机械性能，因此应用非常广泛，包括电子，催化，传感和生物医学等领域。其中，贵金属的优良导电性和高电催化活性，使其成为构建电化学传感器的理想材料，可应用于NO、H₂O₂、葡萄糖等分子的检测，也可用于构筑高性能的电化学生物传感器。

贵金属电极阵列是构筑传感器等电子器件的基础，其构筑方法包括化学气相沉积、喷墨打印、丝网印刷、真空抽滤和光刻等。其中，喷墨打印技术是将液体油墨经喷嘴变成细小微粒附着在基底材料上，以形成各种图案和大小的电极阵列，因此具有节约时间和原材料的优点。然而，喷墨打印法制备电极阵列时，一般需要先合成高浓度、高稳定的贵金属电子墨水，且为了降低电极的电阻率，形成的电极阵列需要特殊的烧结技术，比如热处理。丝网印刷作为一种常用的电极阵列制备技术，虽然具有设备简单和加工条件温和等特点，但是制备的电极阵列厚度不易控制，表面修饰方法也有限，制备的电极均匀性也较差。

模板过滤是将模板法与减压抽滤相结合的一种技术，它的发展为不同材料的电极阵列制备提供了新的思路。它的工作原理可以分为两个部分：(1)采用光刻、喷蜡等技术制备出过滤的图案化模板；(2)将模板与滤膜固定在一起，倒入滤液，材料被留在模板未覆盖的区域，最终形成图案化的电极阵列。模板过滤与其它电极阵列制备技术相比，具有制备的电极均匀性好、厚度可控、电极材料来源广泛的特点。目前，模板过滤制备电极阵列多使用各种碳纳米材料，如石墨烯和碳纳米管等多维材料，直接采用模板过滤法制备贵金属电极阵列的研究较少，其原因是：(1)常规方法合成的贵金属纳米颗粒尺寸太小，在过滤过程中容易透过滤膜，难以形成连续导电的薄膜；(2)虽然使用大尺寸的贵金属纳米线或纳米片可以制备高导电的贵金属电极阵列，但这类纳米金属材料的合成成本较高。

发明内容

本发明目的在于提供一种贵金属电极阵列的低成本批量制备方法及其应用。该方法使用常规低成本方法合成的小尺寸贵金属纳米颗粒水溶液作为原料，通过加入无机盐水溶液诱导贵金属纳米粒子发生聚集，在室温下实现纳米粒子的尺寸变大和颗粒之间融合烧结，从而克服初始小尺寸贵金属纳米颗粒容易透过微孔滤膜而不导电的问题，之后利用一步法模板过滤方式实现贵金属纳米粒子的图案化快速沉积，从而批量地制备出电极阵列。利用本发明制备的贵金属电极阵列的厚度可控且易于修饰，可用于电化学传感器和柔性电子器件等领域。

本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种贵金属电极阵列的低成本批量制备方法，将贵金属纳米颗粒的水溶液与一定浓度的无机盐水溶液等体积混合，利用盐析效应，使贵金属纳米粒子发生团聚，粒径变大。同时，对微孔滤膜进行亲水化处理，并将其与镂空的电极阵列形状的掩模粘贴在一起，得到模板化滤膜；然后，将混合溶液倒入固定了模板化滤膜的过滤装置中，通过减压过滤的方式，使聚集态的贵金属纳米颗粒在微孔滤膜的空白区域快速沉积和室温烧结，形成图案化的电极阵列；最后，经过水洗和干燥处理，即制备出低成本且高导电的贵金属电极阵列。

优选地，所述的贵金属纳米颗粒包括金、银、铂纳米颗粒。