基于胶体球法的微纳结构阵列构筑及其性能研究

发布时间：2017-06-28 19:06

  本文关键词：基于胶体球法的微纳结构阵列构筑及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米材料和纳米技术自诞生以来一直是科学研究者们探索的前沿课题,多维度的、形貌丰富的、性质多样的纳米材料及其合成技术是二十一世纪新的研究热点。其中,二维有序纳米孔结构阵列是现今物理、化学、生物、材料科学和器件研究的前沿课题之一,在电磁储存器件、催化反应、生物传感、热电、磁学、信息科学等方面都有着非常丰富的应用发展远景。在本论文中,采用液面自组装的方法合成整齐有序的单层胶体球模板,利用恒直流电压在模板上沉积出宏观尺度上有序孔结构阵列,并研究其形貌和成分,分析了其生长规律,然后结合有序孔结构阵列的特点制备了生物传感器且研究了其电化学性能。具体内容如下:(1)在经过严格超声清洗的玻璃片上,采用液面自组装的方法合成了整齐有序的单层聚苯乙烯胶体球模板,用SEM观察了胶体球模板的细微结构。(2)在有序的胶体球模板上,采用恒直流电化学沉积的方法合成多孔的Au有序微纳阵列,用SEM观察发现其形貌呈六方密排的多孔状,比表面积非常大,用XRD和TEM对其物相、成分和晶体结构进行了表征,初步推断多孔Au有序纳米阵列的生长机理。再在此基础上对其进行辣根过氧化氢酶的修饰以制备H_2O_2酶生物传感器,然后用电化学分析仪研究了其生物传感性能,用循环伏安和计时电流法探测并表征了其电化学性能,结果发现其灵敏度为332.0μA·mM-1·cm-2,远远大于传统的Au电极传感器。(3)在有序的胶体球模板上电化学沉积Au-Cu复合纳米有序孔阵列,通过改变电解液的配比方式来控制复合材料中Au和Cu的比例,用SEM观察其形貌的变化规律,用EDS分析数据分析其成分的递变规律,从而发现随着电解液的配比不同,生长出的合金形貌和成分皆有所不同,且呈现递进关系,合金中Au的含量越高,结构越疏松多孔,反之Cu含量越高则越致密。(4)用电化学分析仪探测了Au-Cu比例为1:1时的复合纳米有序孔阵列对H_2O_2的生物传感性能,利用循环伏安和计时电流对其进行表征,结果发现其灵敏度为6101.3μA·mM-1·cm-2,探测极限为5μM,且仅仅对H_2O_2响应,具有很好的抗干扰性能,同时还比较了单质材料和合金材料的生物传感性能的差异优劣。(5)在有序的胶体球模板上恒直流电化学沉积生成Cu-Cu_2O有序孔阵列,用SEM、XRD和XPS对其形貌、物相、成分和晶体结构进行了表征,发现Cu-Cu_2O有序孔阵列呈六方密排的碗状结构,其中Cu含量为73.6%,而Cu_2O含量仅为26.4%,推测了其生长机理。再在0.1MPBS底液中探测其对H_2O_2的无酶生物传感性能,并且用循环伏安和计时电流对其进行表征,结果发现该Cu-Cu_2O有序碗状阵列生物传感器对H_2O_2的灵敏度高达66.23m A·mM-1·cm-2,探测极限低至0.1μM,且具有很好的抗干扰性和持久性。这种制备无酶生物传感器的方法简单,测试简易,性能优异,成本低廉,可多次重复使用,寿命长久。
【关键词】：胶体球模板 电化学沉积 有序孔阵列 生物传感器
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.3;TB383.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 二维胶体晶体简介10-12
• 1.1.1 二维纳米结构阵列10
• 1.1.2 模板法10-11
• 1.1.3 二维胶体晶体11-12
• 1.2 二维胶体晶体的制备12-13
• 1.3 基于胶体球模板的二维纳米有序阵列的合成13-16
• 1.3.1 电化学沉积法13-14
• 1.3.2 溶液浸渍法14
• 1.3.3 元素沉积法14-15
• 1.3.4 刻蚀辅助法15
• 1.3.5 二次模板法15-16
• 1.4 纳米生物传感器16-18
• 1.4.1 纳米生物传感器的原理16-17
• 1.4.2 过氧化氢酶生物传感器17
• 1.4.3 无酶生物传感器17-18
• 1.5 本文研究的主要内容和意义18-20
• 第二章 Au有序微纳阵列的构筑与H_2O_2酶生物传感性质研究20-28
• 2.1 Au有序微纳阵列的构筑20-22
• 2.1.1 主要实验仪器与实验试剂20-21
• 2.1.2 胶体球模板的制备21-22
• 2.1.3 电沉积制备Au有序微纳阵列22
• 2.2 形貌与结构表征22-23
• 2.3 成分与物象分析23-24
• 2.4 H_2O_2酶生物传感器的制作24
• 2.5 生物传感测试和结果分析24-27
• 2.5.1 传感器测试装置24
• 2.5.2 循环伏安性能测试24-25
• 2.5.3 计时电流测试25-26
• 2.5.4 抗干扰测试26-27
• 2.6 结论27-28
• 第三章 Au-Cu复合微纳有序孔阵列的构筑及其无酶生物传感性质研究28-35
• 3.1 Au-Cu复合微纳有序孔阵列的构筑29-30
• 3.1.1 主要实验仪器与实验试剂29
• 3.1.2 电沉积制备Au-Cu复合微纳有序孔阵列29-30
• 3.2 形貌与结构表征30
• 3.3 成分与物象分析30-32
• 3.4 无酶传感测试和结果分析32-34
• 3.4.1 传感器测试装置32
• 3.4.2 循环伏安性能测试32-33
• 3.4.3 抗干扰性能测试33-34
• 3.5 结论34-35
• 第四章 Cu-Cu_2O有序碗状阵列的构筑与无酶生物传感性质研究35-41
• 4.1 Cu-Cu_2O有序碗状阵列的构筑35-36
• 4.1.1 主要实验仪器与实验试剂35-36
• 4.1.2 电沉积制备Cu-Cu_2O有序碗状阵列36
• 4.2 形貌与结构表征36
• 4.3 成分与物象分析36-37
• 4.4 生物传感测试和结果分析37-40
• 4.4.1 传感器测试装置37-38
• 4.4.2 循环伏安性能测试38-39
• 4.4.3 计时电流测试39
• 4.4.4 抗干扰性能测试39-40
• 4.5 结论40-41
• 第五章 全文总结与展望41-43
• 参考文献43-50
• 硕士期间发表论文情况50-51
• 致谢51

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本文编号：494951