类金刚石薄膜修饰的传感器在电化学中的应用.pdf

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1、第27卷第1O期应用化学V01．27No．102010年l0月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYOct．2010e)I5综合评述$类金刚石薄膜修饰的传感器在电化学中的应用毛岳忠田师一胡晓晖邓少平(浙江工商大学感官科学实验室杭州310035)摘要综述了类金刚石薄膜及其修饰的传感器特性以及制备工艺，介绍了类金刚石薄膜修饰的传感器在生物检测、电化学微重力测量、痕量金属检测、氢离子选择场效应晶体管和气体检测等领域的应用，并对类金刚石薄膜修饰传感器在电化学相关领域的应用进行了展望。关键词类金刚石薄膜，传感器，电化学中图分类号：0646文献标识码：A文章编号

2、：1000-0518(2010)10-1117-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2010．90839碳在自然界中是一种广泛分布的元素，它以多种形式存在，主要有金刚石、石墨、无定形碳以及近年来发现的富勒烯和纳米碳管等。碳以多种形态存在的原因是由于碳原子通常具有3种杂化轨道成键形式，即sp。、sp和sp，如图1所示川。当碳原子以sp。杂化轨道成键时，其表现形式为金刚石，以sp。杂化轨道成键时，其表现形式为石墨结构。spspsp’图1sp、sp和sp。杂化键’Fig．1sp3，sp2ands／hybridboings[类金刚石(Diamondlikecarbon，D

3、LC)是一种含金刚石结构的非晶碳。DLC大部分以sp杂化轨道成键，小部分以sp杂化轨道成键，甚至还含有少量的sp化学键【2J，表现出介于金刚石和石墨之间的性质。人们最早在碳氢化合物气体的等离子体放电中就观察到了“硬质碳膜”。1971年，Aisenberg和Chabot首次报道了采用离子束沉积法制备DLC薄膜。DLC薄膜具有许多优良的特性，包括l化学稳定性、高电阻、光透性、高硬度、低摩擦性以及高耐磨性等。由于DLC薄膜本身具有的众多优良特性以及沉积面积大、膜面平整光滑且制备工艺目益成熟等原因，国内外大量科研工作者展开DLC制备以及其性能、应用的研究，使其在机械加工、声学、光学、

4、生物化学、环境检测、电化学领域圳等多个领域得到广泛应用。本文主要从DLC薄膜和修饰传感器的特性、制备工艺及其在电化学相关领域的应用进行综述，并对DLC薄膜修饰的传感器应用前景进行了展望。1DLC薄膜及薄膜修饰的传感器特性1．1DLC薄膜特性根据薄膜制备过程中掺入氢元素的多少，可以将DLC薄膜分为两大类——低氢含量的碳膜2009·12一ll收稿，2010~2-10修回通讯联系人：邓少平，教授，博士生导师；E-m~l：spdeng@zju．edu．cn；研究方向：类金刚石薄膜修饰传感器，多频脉冲电子舌，化学仿生学应用化学第27卷(a—Cfilms，非晶碳膜)和氢化类的碳膜(a．c

5、：Hfilms，含氢非晶碳膜)。这两类薄膜均具有和金刚石薄膜相似的性能，硬度和耐磨性仅次于金刚石，具有极高的电阻率、电绝缘强度和热导率、高弹性模量、良好的光学特性、化学稳定性以及生物相容性等特点。表1列举了天然金刚石、金刚石薄膜和类金刚石薄膜的主要物理性能参数m。表1天然金刚石、金刚石薄膜和类金刚石薄膜主要物理性能比较Table1Comparisonofmajorphysicalpropertiesamongdiamond。diamondfilmsanddiamondllkecarbonfilms。1．2DLC薄膜修饰传感器特性1．2．1电化学窗口电化学窗口越宽，能分析的物质

6、越多，传感器性能越好。Moon等⋯采用循环伏安法研究DLC薄膜修饰传感器和玻碳电极在0．1mol／L(n—Su)NCIO溶液中的电化学行为(见图2)，研究发现，DLC薄膜修饰传感器具有很低的背景电流和很宽的电化学窗口，析氢电位和析氧电位分别是一2和+2V。Cachet等的研究也表明氮掺杂的a—C：H(a—C：H：N)传感器在酸性溶液中的电化学窗口约为3．5V，宽于金刚石电极3V的电_【r暑．《一、扫ls口粤苫Eju8一化学窗口，且远远大于传统的石墨电极和玻碳电极的电化学窗口，背景电流和双电层电容均低于金刚石电极。DLC薄膜修饰传感器电化学窗口宽的特点Potential／V(v

7、s．AgQRE)可以增加传感器的检测范围，为研究高氧化还原电图2DLC薄膜修饰传感器(o)和玻碳电极(6)在0．1moVL(n．Bu)NC10溶液中的循环伏安曲线⋯位下发生的反应提供了可能。1．2．2电阻率DLC薄膜电导率主要来源于薄膜Fig．2Cyclicvoltammetricresponsecurvesof(8)aDLCfilmmodifiedsensorand(b)aglassycarbonelectrode中碳原子的sp杂化，薄膜电阻率越高，薄膜中sp杂in0．1mol／L(n—Bu)4NCI