一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種絲網(wǎng)印刷傳感器的制備方法，尤其涉及一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷電子是一種新型的綠色產(chǎn)業(yè)，它是指將各種功能油墨，通過合適的印刷技術(shù)，加成印制在各種基材上，制備大面積、柔性、低成本的電子產(chǎn)品和器件。最近幾年，印刷電子產(chǎn)業(yè)的高速產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶動了印刷電子器件相關(guān)工業(yè)的形成與發(fā)展。由于目前生物傳感器的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，而最關(guān)鍵的問題是低成本，易于生產(chǎn)。而采用印刷電子技術(shù)，正好可以實現(xiàn)低成本，易于生產(chǎn)。
[0003]采用絲網(wǎng)印刷的方法，制備由有機(jī)納米復(fù)合材料作為導(dǎo)電油墨，大面積大規(guī)模印刷傳感器以取代現(xiàn)在所用的傳統(tǒng)方法，是電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的迫切需求。
[0004]目前，大部分電化學(xué)傳感器用的電極都是玻碳電極、金屬電極或者是碳電極，其缺點(diǎn)是電極表面積小、產(chǎn)生活性面積小，從而影響傳感器的靈敏度和精確度。
[0005]近幾年來，乙醇傳感器研宄的關(guān)注越來越多。乙醇傳感器已用于食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、燃料乙醇、環(huán)境檢測、海洋監(jiān)測、交通安全、藥物檢驗、生物醫(yī)學(xué)工程等許多領(lǐng)域中。乙醇生物傳感器作為乙醇傳感器的重要組成與發(fā)展方向，目前已應(yīng)用于在線或非在線的乙醇檢測。在工業(yè)化生產(chǎn)乙醇中要實現(xiàn)自動化過程控制應(yīng)借助于傳感器進(jìn)行在線連續(xù)檢測。
[0006]然而，該傳感器的穩(wěn)定性會受溫度、溶液pH和溶解氧等因素的影響，且制作較為繁瑣，因此乙醇傳感器在線連續(xù)檢測成為目前研宄熱點(diǎn)，隨著新材料的不斷出現(xiàn)和更多乙醇傳感器的詳細(xì)報道，在線連續(xù)檢測技術(shù)的使用揭示了在線連續(xù)監(jiān)測乙醇傳感器的潛在發(fā)展。
[0007]為了發(fā)展靈敏高、選擇性好、在線連續(xù)監(jiān)測的乙醇傳感器，已有大量文獻(xiàn)報道了探索的一系列的修飾材料，包括金屬例如Au、Ag、Pt、Ni和Cu、金屬氧化物/半導(dǎo)體例如CuO, Cu2O, N1, CoO, Ru2O, Ru2O和Ni (OH)2、化合物如酞菁鈷、雙金屬納米材料或者合金例如Pt-Au、Pt-Pb> N1-Cu和Au_Ag、金屬/金屬氧化物-碳納米管復(fù)合材料例如金_碳納米管復(fù)合材料(Au nanoparticles-MWNTs)、氧化亞銅多壁碳納米管復(fù)合材料(Cu2O-MWNTsnanocomposites)和氧化猛碳納米復(fù)合材料(MnO2-MWNTs)、以及基于碳的材料如CNTs、含硼金剛石等。
[0008]納米材料比表面積大，將其用于制備在線檢測乙醇傳感器有望取得良好的成效.大大提高傳感器的穩(wěn)定性。其中，納米氧化銅有高比表面積及較佳電化學(xué)活性，是制備乙醇傳感器的一種很好的材料。本發(fā)明采用插值電路，用印刷的方式印制電極，該電極表面積大，故產(chǎn)生活性面積大，從而提高傳感器的靈敏度和精確度；利用液相沉淀法制備了納米氧化銅傳感材料，制備了高靈敏度的在線檢測乙醇傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，該方法制備的傳感器采用插值電路，用印刷的方式印制電極，電極表面積大、產(chǎn)生活性面積大，可大大提高傳感器的靈敏度和精確度。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0011]一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，步驟如下:
[0012]I)硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液的配制
[0013]將硫酸銅溶解于去離子水中，常溫下攪拌10-30min，然后加入十六烷基三甲胺溴化銨(CTAB)，磁力攪拌后得到硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液；
[0014]2)氧化銅的制備
[0015]在上述硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液中，用分液漏斗滴加濃度為8mol/L的NaOH溶液，真空抽濾得到黑色沉淀物，在真空干燥箱內(nèi)50_90°C下加熱l_2h，研磨后得到氧化銅；
[0016]3)氧化銅/石墨烯印刷漿料的制備
[0017]將松油醇與乙基纖維素混合并磁力攪拌10h，然后加入步驟2)制得的氧化銅并細(xì)胞粉碎5-8h，得到氧化銅/石墨烯印刷漿料；
[0018]4)納米銀插指電路的制備
[0019]取目數(shù)為350的聚氨酯網(wǎng)板，插指線條的長和寬分別為10-20mm、0.5_3mm，插指線條間隙為0.5-3mm，插指條數(shù)為8_12根，將網(wǎng)板固定在卡槽后，打開絲網(wǎng)印刷機(jī)電源，將購買的納米銀墨水涂在網(wǎng)板上，將聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料膜置于印刷臺上，調(diào)節(jié)刮刀速度為150-200mm/s，半自動印刷一次，將印刷好的插指電路置于真空干燥箱內(nèi)50°C下烘干lh，制得納米銀插指電路；
[0020]5)乙醇傳感器的制備
[0021]將上述納米銀插指電路作為印刷底板置于印刷臺上，將步驟3)得到的氧化銅/石墨烯印刷漿料涂在網(wǎng)板上，調(diào)節(jié)刮刀速度為150-200mm/s，半自動印刷一次，將印刷好的傳感器置于真空干燥箱內(nèi)55°C下烘干lh，待烘干后，制得乙醇傳感器并放入密封袋中干燥保存。
[0022]所述步驟I)中硫酸銅與去離子水的用量比為lg: 10-20mL ;硫酸銅與十六烷基三甲胺溴化銨(CTAB)質(zhì)量比為40:2-3。
[0023]所述步驟2)中硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液與NaOH溶液的體積比為1: 0.5~2 ο
[0024]所述步驟3)中的乙基纖維素、松油醇與氧化銅的用量比為1.5-3g:50-100mL:
2.5_5g0
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:該乙醇傳感器制備成本低、簡單快捷、可大面積印刷；制備的傳感器靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好，對乙醇檢測的線性范圍為I μΜ-3πιΜ，檢測限為1nM,靈敏度為 1328.64 μ A.L.mmol 1Cm 2。
【附圖說明】
[0026]圖1為制得的氧化銅產(chǎn)物的X射線粉末衍射圖譜。
[0027]圖2為制得的氧化銅產(chǎn)物的掃描電鏡的照片。
[0028]圖3為納米銀插指電路圖。
[0029]圖4為傳感器對乙醇的計時電流檢測圖。
具體實施方案
[0030]下面通過具體實施例，進(jìn)一步對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。應(yīng)該理解，下面的實施例只是作為具體說明，而不限制本發(fā)明的范圍，同時本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所做的顯而易見的改變和修飾也包含在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0031]實施例:
[0032]—種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極的乙醇傳感器，其制備方法步驟如下:
[0033]I)硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液的配制
[0034]將2g硫酸銅溶解于30mL去離子水中，常溫下攪拌lOmin，然后加入0.1g十六烷基三甲胺溴化銨(CTAB)，磁力攪拌30min后得到硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液；
[0035]2)氧化銅的制備
[0036]在上述硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液中，用分液漏斗滴加70mL濃度為8mol/L的NaOH溶液，攪拌36h，真空抽濾得到黑色沉淀物，在真空干燥箱內(nèi)60°C下加熱1.5h，研磨后得到氧化銅；
[0037]圖1為制得的氧化銅的X射線粉末衍射圖譜，圖中表明:產(chǎn)物主要成分為氧化銅，其主要晶向為002和111。
[0038]圖2為制得的氧化銅的掃描電鏡的照片，圖中表明:納米氧化銅確實為所述的花冠狀晶體形貌，納米片平均尺寸為700nm，厚度約為60nm。
[0039]3)氧化銅/石墨烯印刷漿料的制備
[0040]將10mL松油醇與3g乙基纖維素混合攪拌溶解后，加入5g步驟2)制得的氧化銅/石墨烯混合物，先磁力攪拌10h，然后細(xì)胞粉碎5h，得到氧化銅/石墨烯印刷漿料；
[0041]4)納米銀插指電路的制備
[0042]取目數(shù)為350的聚氨酯網(wǎng)板，插指線條的長和寬分別為15mm、2mm，插指線條間隙為2mm，插指條數(shù)為10根，將網(wǎng)板固定在卡槽后，打開絲網(wǎng)印刷機(jī)電源，將購買的納米銀墨水涂在網(wǎng)板上，將聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料膜置于印刷臺上，調(diào)節(jié)刮刀速度為200mm/s，半自動印刷一次，將印刷好的插指電路置于真空干燥箱內(nèi)50°C下烘干lh，制得納米銀插指電路；圖3為納米銀插指電路圖，圖中表明:圖中表明:印制的插指電路左右均勾對稱，線條均勻；
[0043]5)乙醇傳感器的制備
[0044]將上述納米銀插指電路作為印刷底板置于印刷臺上，將步驟3)得到的氧化銅印刷漿料涂在網(wǎng)板上，調(diào)節(jié)刮刀速度為200mm/s，半自動印刷一次，將印刷好的傳感器置于真空干燥箱內(nèi)50°C下烘干lh，待烘干后，制得乙醇傳感器并放入密封袋中干燥保存。
[0045]圖4為制得的傳感器對乙醇的計時電流檢測圖，圖中表明:該乙醇傳感器檢測限度低、線性區(qū)域?qū)?、響?yīng)速度快。
【主權(quán)項】
1.一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，其特征在于步驟如下: 1)硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液的配制 將硫酸銅溶解于去離子水中，常溫下攪拌10-30min，然后加入十六烷基三甲胺溴化銨(CTAB)，磁力攪拌后得到硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液； 2)氧化銅的制備 在上述硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液中，用分液漏斗滴加濃度為8mol/L的NaOH溶液，真空抽濾得到黑色沉淀物，在真空干燥箱內(nèi)50-90°C下加熱l_2h，研磨后得到氧化銅； 3)氧化銅/石墨烯印刷漿料的制備 將松油醇與乙基纖維素混合并磁力攪拌10h，然后加入步驟2)制得的氧化銅并細(xì)胞粉碎5-8h，得到氧化銅/石墨烯印刷漿料； 4)納米銀插指電路的制備 取目數(shù)為350的聚氨酯網(wǎng)板，插指線條的長和寬分別為10-20mm、0.5_3mm，插指線條間隙為0.5-3mm，插指條數(shù)為8-12根，將網(wǎng)板固定在卡槽后，打開絲網(wǎng)印刷機(jī)電源，將購買的納米銀墨水涂在網(wǎng)板上，將聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料膜置于印刷臺上，調(diào)節(jié)刮刀速度為150-200mm/s，半自動印刷一次，將印刷好的插指電路置于真空干燥箱內(nèi)50°C下烘干lh，制得納米銀插指電路； 5)乙醇傳感器的制備 將上述納米銀插指電路作為印刷底板置于印刷臺上，將步驟3)得到的氧化銅/石墨烯印刷漿料涂在網(wǎng)板上，調(diào)節(jié)刮刀速度為150-200mm/s,半自動印刷一次，將印刷好的傳感器置于真空干燥箱內(nèi)55°C下烘干lh，待烘干后，制得乙醇傳感器并放入密封袋中干燥保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中硫酸銅與去離子水的用量比為lg: 10-20mL ;硫酸銅與十六烷基三甲胺溴化銨(CTAB)質(zhì)量比為40:2-3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液與NaOH溶液的體積比為.1: 0.5~2.
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中的乙基纖維素、松油醇與氧化銅的用量比為1.5-3g:50-100mL:.2.5_5g.
【專利摘要】一種納米氧化銅修飾絲網(wǎng)印刷電極乙醇傳感器的制備方法，步驟如下：1)硫酸銅-十六烷基三甲胺溴化銨混合溶液的配制；2)氧化銅的制備；3)氧化銅/石墨烯印刷漿料的制備；4)納米銀插指電路的制備；5)乙醇傳感器的制備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該乙醇傳感器制備成本低、簡單快捷、可大面積印刷；制備的傳感器靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好，對乙醇檢測的線性范圍為1μM-3mM，檢測限為10nM,靈敏度為1328.64μA·L·mmol-1cm-2。
【IPC分類】B41M1-12, G01N27-26, G01N27-30
【公開號】CN104742549
【申請?zhí)枴緾N201510184204
【發(fā)明人】魏臻, 時曠怡, 周余飛, 劉學(xué)文, 張志梅
【申請人】天津理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月17日