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Chemistry

थिन-फिल्म प्लेटिनम मैक्रो और माइक्रोइलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोकेमिकल रफ़िंग

Published: June 30, 2019 doi: 10.3791/59553
Automatic Translation
*1, *1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1
1Engineering Directorate, Lawrence Livermore National Laboratory, 2Physical and Life Science Directorate, Lawrence Livermore National Laboratory
* These authors contributed equally

Summary

इस प्रोटोकॉल अनाज सीमाओं पर अधिमानी विघटन के बिना पतली फिल्म प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोकेमिकल roughening के लिए एक विधि को दर्शाता है. चक्रीय वोल्टामेट्री और प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी की विद्युत रासायनिक तकनीकों को इन इलेक्ट्रोड सतहों की विशेषता का प्रदर्शन किया जाता है।

Abstract

इस प्रोटोकॉल धातु के अनाज सीमाओं पर अधिमानी विघटन के बिना पतली फिल्म प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोकेमिकल roughening के लिए एक विधि को दर्शाता है. इस विधि का उपयोग करना, एक दरार मुक्त, पतली फिल्म मैक्रोइलेक्ट्रोड सतह के साथ अप करने के लिए 40 बार सक्रिय सतह क्षेत्र में वृद्धि प्राप्त किया गया था. roughening एक मानक विद्युत रासायनिक विशेषता प्रयोगशाला में करना आसान है और एक perchloric एसिड समाधान में एक रिडक्टिव वोल्टेज की विस्तारित आवेदन के बाद वोल्टेज दालों के आवेदन incudes. प्रोटोकॉल दोनों एक मैक्रोस्केल (1.2 मिमी व्यास) और microscale (20 डिग्री मीटर व्यास) प्लैटिनम डिस्क इलेक्ट्रोड सतह की रासायनिक और विद्युत रासायनिक तैयारी भी शामिल है, इलेक्ट्रोड सतह roughening और सतह पर roughening के प्रभाव की विशेषता इलेक्ट्रोड सक्रिय सतह क्षेत्र। इस विद्युत रासायनिक लक्षण चक्रीय voltammetry और प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी भी शामिल है और दोनों मैक्रोइलेक्ट्रोकडे और microelectrodes के लिए प्रदर्शन किया है. Rouening इलेक्ट्रोड सक्रिय सतह क्षेत्र बढ़ जाती है, इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा कम हो जाती है, एक ही ज्यामिति के टाइटेनियम नाइट्राइड इलेक्ट्रोड के उन लोगों के लिए प्लैटिनम चार्ज इंजेक्शन सीमा बढ़ जाती है और इलेक्ट्रोकेमिकल जमा फिल्मों के आसंजन के लिए substrates में सुधार .

Introduction

लगभग पांच दशक पहले, सतह बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (Ers) का पहला अवलोकन विद्युत रासायनिक roughened चांदी1पर हुई. धातु पन्नी के इलेक्ट्रोकेमिकल roughening अभी भी आकर्षक है क्योंकि अन्य roughening तरीकों पर अपनी सादगी की2,3 और aptamer सेंसर में सुधार की तरह कई अनुप्रयोगों में इसकी उपयोगिता4, तंत्रिका में सुधार 5की जांच , और धातु substrates6के लिए आसंजन में सुधार . अनेक बल्क धातुओं1,5,7,8,9,10के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल खुरदरा ईश विधियां मौजूद हैं . हाल ही में जब तक, तथापि, वहाँ पतली करने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल roughening के आवेदन पर कोई रिपोर्ट नहीं था (नेफोमीटर मोटी के सैकड़ों) धातु फिल्मों6,क्षेत्रों की एक संख्या में microfabricated पतली फिल्म धातु इलेक्ट्रोड की व्यापकता के बावजूद.

मोटी प्लैटिनम (Pt) इलेक्ट्रोड5,8 delaminate पतली फिल्म पीटी इलेक्ट्रोड6roughen करने के लिए तरीकों की स्थापना की। roughening प्रक्रिया और roughening के लिए इस्तेमाल किया इलेक्ट्रोलाइट की आवृत्ति modulating द्वारा, इवानोवस्काया एट अल. का प्रदर्शन पीटी पतली फिल्म feamination के बिना roughening. कि प्रकाशन इस नए दृष्टिकोण का उपयोग करने के लिए प्लैटिनम रिकॉर्डिंग और microfabricated तंत्रिका जांच पर उत्तेजना इलेक्ट्रोड की सतह क्षेत्र को बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित किया. रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के प्रदर्शन में सुधार करने और इलेक्ट्रोकेमिकलली जमा की गई फिल्मों के आसंजन में सुधार करने और बायोसेंसर संवेदनशीलतामेंसुधार करने के लिए खुरदरे इलेक्ट्रोड का प्रदर्शन किया गया 6 . लेकिन इस दृष्टिकोण भी संभावना microfabricated इलेक्ट्रोड arrays की सतह की सफाई में सुधार और अन्य सेंसर अनुप्रयोगों के लिए पतली फिल्म इलेक्ट्रोड की क्षमताओं को बढ़ाता है (जैसे, aptasensors) के रूप में अच्छी तरह से.

पतली फिल्म मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स (1.2 मिमी व्यास) और microelectrodes (20 डिग्री व्यास) roughen करने के लिए दृष्टिकोण निम्नलिखित प्रोटोकॉल में वर्णित है. यह roughening के लिए इलेक्ट्रोड सतह की तैयारी और इलेक्ट्रोड के खुरदरापन की विशेषता के लिए कैसे शामिल है. इन चरणों अन्य इलेक्ट्रोड geometries के लिए roughening प्रक्रिया का अनुकूलन करने के लिए और एक इलेक्ट्रोड nondestructively roughened है यह सुनिश्चित करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारकों पर सुझावों के साथ प्रस्तुत कर रहे हैं.

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Protocol

चेतावनी: उपयोग करने से पहले कृपया सभी प्रासंगिक सुरक्षा डेटा शीट (SDS) से परामर्श करें. इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल रसायनों के कई अत्यधिक विषाक्त, कैंसरकारी, ऑक्सीकरण और विस्फोटक जब उच्च सांद्रता में इस्तेमाल कर रहे हैं. Nanomaterials उनके थोक समकक्ष की तुलना में अतिरिक्त खतरों हो सकता है. इंजीनियरिंग नियंत्रण (धूम हुड) और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, प्रयोगशाला कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, बंद करने के जूते) के उपयोग सहित इस प्रोटोकॉल बाहर ले जाने के दौरान सभी उपयुक्त सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें।

1. प्रारंभिक लक्षण और सतह roughening से पहले पीटी इलेक्ट्रोड (ओं) की सफाई

  1. रासायनिक रूप से ओजोन के तहत इलेक्ट्रोड को 10 मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर एक प्रयोगशाला यूवी-ओजोन क्लीनर के साथ साफ करें।
  2. एक विलायक में इलेक्ट्रोड (ओं) युक्त जांच के हिस्से को भिगो दें (उदाहरण के लिए, इस प्रोटोकॉल में प्रदर्शित microelectrodes के लिए एसीटोन में एक 30 मिनट सोख)।
    नोट: अन्य तरीकों इलेक्ट्रोड आवास और ज्यामिति के आधार पर इलेक्ट्रोड से ऑर्गेनिक्स को हटाने के लिए और अधिक प्रभावी हो सकता है, लेकिन इस विलायक भिगोने प्रोटोकॉल में इलेक्ट्रोड के लिए अच्छी तरह से काम करता है.
  3. इलेक्ट्रोकेमिकली परक्लोरिक एसिड के अम्लीय समाधान में दोहराए जाने वाले संभावित साइकिल चालन द्वारा सभी इलेक्ट्रोड की सतह को साफ करें। परक्लोरिक अम्ल विलयन में उपस्थित किसी भी गैस की सांद्रता को बदलने के लिए परावण्शन की आवश्यकता नहीं होती है।
    1. इलेक्ट्रोड के लिए चक्रीय voltammograms लागू करने के लिए potentiostat पर सेटिंग्स लोड करें. 0.22 वी से 1.24 वी बनाम एजीजेड के लिए स्कैन करें AgCl (या -0.665 V से 0.80 V बनाम पारा सल्फेट संदर्भ इलेक्ट्रोड (एमएसई), संदर्भ roughening के लिए इस्तेमाल किया) 200 mV/
      नोट: संदर्भ सामग्री के बावजूद इस्तेमाल किया, इस कागज में सभी क्षमताओं Ag के संबंध में दिया जाता है] AgCl (केसीएल के साथ संतृप्त) संदर्भ इलेक्ट्रोड. एमएसई (जिसमें 1.0 एम एच2SO4) के बीच संभावित ऑफसेट का उपयोग इस अध्ययन में किया जाता है और एजी ] AgCl (KCl के साथ संतृप्त)0 है. 44 वी11|
      1. EC-लैब सॉफ्टवेयर में, प्रयोग टैब के अंतर्गत, इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक जोड़ने के लिए + चिह्न दबाएँ. पॉप-अप विंडो में, सम्मिलित तकनीकदिखाई देगा.
      2. इलेक्ट्रोकेमिकलतकनीकों पर क्लिक करें | जब यह फैलता है, Voltamperometricतकनीकों पर क्लिक करें| जब कि फैलता है, चक्रीय वोल्टामेट्रीपर डबल क्लिक करें - CV | 1-CV लाइन प्रयोग विंडो में दिखाई देगा.
      3. प्रयोग विंडो में, निम्न पैरामीटर भरें:
        ईई जेड 0 वी बनाम ईओसी
        डीई/डीटी ] 200 एमवी/
        E1 - 0.665 वी बनाम रेफरी
        E2 $ 0.8 V बनाम रेफरी
        द ] 200
        उपाय करें [lt;I]gt; चरण अवधि के अंतिम 50% से अधिक
        N से अधिक औसत का रिकॉर्ड ]lt;I;gt;
        ई रेंज $ -2.5; 2.5 वी
        इरेंज जेड ऑटो
        बैंडविड्थ ] 7
        अंत स्कैन Ef ] 0 वी बनाम Eoc
    2. 500 मीटर परक्लोरिक अम्ल (HClO4) विलयन में डिवाइस के इलेक्ट्रोड टिप को जलमग्न कर दें जिसमें Pt तार काउंटर इलेक्ट्रोड और एमएसई संदर्भ भी शामिल है।
      नोट: क्लोराइड आयन संदूषण से इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियाओं में परिवर्तन से बचने के लिए, एक क्लोराइड मुक्त संदर्भ इलेक्ट्रोड (जैसे, लीक रहित एजी] AgCl या MSE, आदि) इस प्रोटोकॉल में अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट्स के अंदर प्रदर्शन सभी परीक्षणों के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए.
    3. एक इलेक्ट्रोड या कम कई इलेक्ट्रोड एक multielectrode डिवाइस के एक साथ काम कर इलेक्ट्रोड के रूप में कनेक्ट करें।
    4. काम कर कनेक्ट, काउंटर, और संदर्भ इलेक्ट्रोड potentiostat करने के लिए.
    5. EC-लैब सॉफ़्टवेयर में, प्रयोग विंडो में, बाईं ओर उन्नत सेटिंग्स दबाएँ.
    6. उन्नत सेटिंग्सके अंतर्गत , जमीन के लिए इलेक्ट्रोड विन्यास का चयन करें । इलेक्ट्रोड कनेक्शन आरेख पर दिखाए गए अनुसार कार्य, काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड को उपकरण लीड से कनेक्ट करें।
    7. प्रयोग शुरू करने के लिए चलाएँ बटन (प्रयोग विंडो के नीचे हरा त्रिकोण) दबाएँ.
    8. दोहराव संभावित चक्र प्रदर्शन जब तक voltammograms नेत्रहीन एक चक्र से अगले करने के लिए ओवरलैप करने के लिए दिखाई देते हैं. यह आमतौर पर 50-200 CVs के बाद होती है।

2. roughening से पहले इलेक्ट्रोकेमिकल सतह के इलेक्ट्रोकेमिकल लक्षण

  1. ऊपर वर्णित 3-इलेक्ट्रोड विन्यास में सभी इलेक्ट्रोकेमिकल विशेषताओं को 1.3.2 - 1.3.4 में निष्पादित करें। निम्नलिखित चरणों में सभी संभावितों को एक एजीजेड के संबंध में दिया गया है AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड. एक पीटी तार काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में प्रयोग करें. एक पारंपरिक Ag$ का प्रयोग करें फॉस्फेट बफर ्ड नमकीन (पीबीएस) में किए गए लक्षण के लिए AgCl इलेक्ट्रोड, लेकिन एक लीकलेस एजी का उपयोग करें AgCl या MSE सभी परीक्षणों के लिए संदर्भ के रूप में अम्लीय समाधान में प्रदर्शन किया.
    1. -0.22 से 1.24 वी बनाम एजी जेड तक CVs के आवेदन के लिए potentiostat पर सेटिंग्स लोड करें AgCl (या -0.665 V से 0.80 V बनाम MSE) 50 mV/s. deoxygenated 500 mM HClO4 के एक बीकर में डिवाइस के इलेक्ट्रोड टिप डूब की एक स्कैन दर पर (N2 गैस के साथ deoxygenated $10 मिनट के लिए) कि भी एक तार पीटी काउंटर इलेक्ट्रोड और MSE संदर्भ में शामिल हैं.
      1. EC-लैब सॉफ्टवेयर में, प्रयोग टैब के अंतर्गत, इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक जोड़ने के लिए + चिह्न दबाएँ. पॉप-अप विंडो में, सम्मिलित तकनीकदिखाई देगा.
      2. इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीकों पर क्लिक करें. जब यह फैलता है, Voltamperometricतकनीकों पर क्लिक करें| जब कि फैलता है, चक्रीय वोल्टामेट्रीपर डबल क्लिक करें - CV | 1-CV लाइन प्रयोग विंडो में दिखाई देगा.
      3. प्रयोग विंडो में, निम्न पैरामीटर भरें:
        ईई जेड 0 वी बनाम ईओसी
        डीई/डी टी ] 50 एमवी/
        E1 - 0.665 वी बनाम रेफरी
        E2 $ 0.8 V बनाम रेफरी
        द ] 10
        उपाय करें [lt;I]gt; चरण अवधि के अंतिम 50% से अधिक
        N पर औसत का रिकॉर्ड [lt;I]gt;
        ई रेंज $ -2.5; 2.5 वी
        इरेंज जेड ऑटो
        बैंडविड्थ ] 7
        अंत स्कैन Ef ] 0 वी बनाम Eoc
        नोट: इस सेटअप और जो पहले चरण 1.3 में वर्णित के बीच केवल अंतर deoxygenated 500 m HClO4 का उपयोग कर रहे हैं और यह सुनिश्चित करना है कि केवल एक इलेक्ट्रोड काम इलेक्ट्रोड के रूप में प्रयोग किया जाता है. EC-लैब सॉफ़्टवेयर में, प्रयोग विंडो में, बाईं ओर उन्नत सेटिंग्स दबाएँ.
      4. उन्नत सेटिंग्सके अंतर्गत , जमीन के लिए इलेक्ट्रोड विन्यास का चयन करें । इलेक्ट्रोड कनेक्शन आरेख पर दिखाए गए अनुसार कार्य, काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड को उपकरण लीड से कनेक्ट करें।
      5. प्रयोग शुरू करने के लिए चलाएँ बटन (प्रयोग विंडो के नीचे हरा त्रिकोण) दबाएँ.
      6. दोहराव संभावित चक्र प्रदर्शन जब तक voltammograms नेत्रहीन एक चक्र से अगले करने के लिए ओवरलैप करने के लिए दिखाई देते हैं.
    2. जे रोड्रिगेज की विधि का उपयोग करते हुए अत्यधिक पुनरुक्ति (ओवरलैपिंग) CVs के हाइड्रोजन अधिशोषण चोटियोंसे इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र की गणना कीजिए।
      1. एक हाइड्रोजन मोनोलेयर (क्यू) के अधिशोषण से जुड़े आवेश को इलेक्ट्रोड सतह पर उन विभवों के बीच सीवी की दो कैथोडिक चोटियों को एकीकृत करके निर्धारित करें जहां कैथोडिक धारा द्वि परत धारा ( )Equation 1और हाइड्रोजन से विचलित होती है। मोनोलेयरEquation 2चार्जिंग से जुड़े आरोप को घटाने के बाद विकास शुरू होता है ( )Equation 3 स्कैन दर (र्) भी इस अधिशोषण को प्रभावित करती है। Q निर्धारित करने के लिए नीचे दिए गए समीकरण का उपयोग करें.
         Equation 4 
        एकीकृत क्षेत्र का आलेखीय प्रतिनिधित्व जे रोड्रिगेज, एट अल11में पाया जा सकता है।
      2. हाइड्रोजन मोनोलेयर (के) के गठन के आवेश घनत्व द्वारा क्यू को विभाजित करके इलेक्ट्रोड के प्रभावी पृष्ठ क्षेत्र (क) की गणना कीजिए। परमाणुत: सपाट बहुक्रिस्टलीय पं. सतह के लिए ज्ञ208 र्ब्ध2 ।
        एक $ क्यू /
    3. यदि Pt CV की दो कैथोडी चोटियों को खराब हल किया जाता है, तो इलेक्ट्रोड-समाधान इंटरफ़ेस पर डबल परत धारिता से इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र का अनुमान लगाएं। चरण 2.1.1 में वर्णित दृष्टिकोण का उपयोग जब हाइड्रोजन चोटियों खराब हल कर रहे हैं गलत परिणाम के लिए नेतृत्व करेंगे.
      1. पीबीएस में खुले सर्किट की स्थिति के तहत एक एकल इलेक्ट्रोड के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम को मापने (पीएच 7.0, 30 MS/ पीबीएस में डिवाइस के इलेक्ट्रोड टिप को जलमग्न करें जिसमें एक Pt तार काउंटर इलेक्ट्रोड और एमएसई संदर्भ भी शामिल है। एक समय में एक इलेक्ट्रोड कनेक्ट के रूप में काम इलेक्ट्रोड. अगला, आवृत्ति सीमा पर 10 एमवी के एक आयाम के साथ एक प्रतिबाधा हस्ताक्षर लहर लागू करने के लिए एक potentiostat का उपयोग करें 1 हर्ट्ज - 100 kHz.
        1. EC-लैब सॉफ्टवेयर में, प्रयोग टैब के अंतर्गत, इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक जोड़ने के लिए + चिह्न दबाएँ. पॉप-अप विंडो में, सम्मिलित तकनीकदिखाई देगा.
        2. इलेक्ट्रोकेमिकलतकनीकों पर क्लिक करें | जब यह फैलता है, तो प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपीपर क्लिक करें। जब कि फैलता है, Potentio इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेंडेशन स्पेक्ट्रोस्कोपी पर डबल क्लिक करें. 1-PEIS लाइन प्रयोग खिड़की में दिखाई देगा.
      2. प्रयोग विंडो में, निम्न पैरामीटर भरें:
        ईई जेड 0 वी बनाम ईओसी
        fi $ 1 हर्ट्ज
        एफएफ ] 100 kHz
        एन डी - 6 अंक प्रति दशक
        लघुगणक रिक्ति में
        Va ] 10 एमवी
        Pw ] 0.1
        ना ] 3
        एन.सी. 0
        ई रेंज $ -2.5; 2.5 वी
        इरेंज जेड ऑटो
        बैंडविड्थ ] 7
      3. EC-लैब सॉफ़्टवेयर में, प्रयोग विंडो में, बाईं ओर उन्नत सेटिंग्स दबाएँ.
      4. उन्नत सेटिंग्सके अंतर्गत , जमीन के लिए इलेक्ट्रोड विन्यास का चयन करें । इलेक्ट्रोड कनेक्शन आरेख पर दिखाए गए अनुसार कार्य, काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड को उपकरण लीड से कनेक्ट करें।
      5. प्रयोग शुरू करने के लिए चलाएँ बटन (प्रयोग विंडो के नीचे हरा त्रिकोण) दबाएँ.
    4. इलेक्ट्रोड के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम से डबल परत समाई का निर्धारण (चरण में एकत्र 2.1.4.1) प्रतिबाधा विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक समकक्ष सर्किट मॉडल के साथ स्पेक्ट्रम फिटिंग द्वारा.
      नोट: प्रतिनिधि परिणामों में विश्लेषण और इवानोवस्काया में, एट अल. 6 प्रतिबाधा विश्लेषण फिटिंग उपकरण के साथ किया गया था - फिट.
      1. EC-लैब सॉफ़्टवेयर में, प्रयोग सूची मेनू के अंतर्गत लोड डेटा फ़ाइल क्लिक करें.
      2. शीर्ष मेनू पट्टी पर NyQuist Impedance प्लॉट प्रकार का चयन करें।
      3. विश्लेषणपर क्लिक करें , फिर इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेगैंडा स्पेक्ट्रोस्कोपीका चयन करें , और क्लिक करें ] फ़िटकरें .
      4. जब तब -फिट जैव-लॉगिक्स पॉप-अप विंडो प्रकट होती है, तो संपादित करें बटन पर क्लिक करें
      5. 2 तत्वों के साथ प्रदर्शन परिपथ का चयन करें और तुल्य परिपथ मॉडलों की सूची से R1 + Q1 चुनें। ठीकक्लिक करें.
      6. पॉप-अप विंडो के फ़िट अनुभाग का विस्तार करें और सुनिश्चित करें कि सेटिंग्स Randomize + सिंप्लेक्सहैं, 5,000 पुनरावृत्तियों पर randomize बंद करो, और 5,000 पुनरावृत्तियों पर फिट बंद करो.
      7. गणना बटन दबाएँ और प्रारंभिक फिट स्पेक्ट्रम का निरीक्षण साजिश करने के लिए जोड़ा. छोटा करें और अंतिम रूप से फ़िट देखें.
      8. फिट से शोर या विकृत डेटा को बाहर करने के लिए फिट सीमाओं (हरी हलकों) को समायोजित करें। अनुमानित फ़िट पैरामीटर परिणाम अनुभाग के अंतर्गत दिखाई देंगे.
    5. सुनिश्चित करें कि परिकलित समतुल्य परिपथ मॉडल डेटा के एक NyQuist प्लॉट फिट बैठता है जिसमें एक स्थिर चरण कोण (सीपीई) के साथ श्रृंखला में ओमिक प्रतिरोध (आर) शामिल है।
      1. द्वि परत धारिता मान (Q) जो समतुल्य परिपथ मॉडल में सीपीई का भाग है, का ध्यान रखें।
      2. सतह क्षेत्र में परिवर्तन का आकलन करते हुए, जो कि खुरदरा से पहले और बाद में मापा गया ु के अनुपात के रूप में है क्योंकि दोहरी परत धारिता (क्यू) सक्रिय पृष्ठ क्षेत्र12के साथ रैखिक रूप से बढ़ जाती है।

3. मैक्रोइलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रोकेमिकल खुरदरा

नोट: इलेक्ट्रोकेमिकल खुरदराकरण ऑक्सीकरण/अपघटन दालों की श्रृंखला द्वारा संचालित होता है जिसके परिणामस्वरूप ऑक्साइड वृद्धि और विघटन होता है। कमजोर अधिशोषक (जैसे एचसीएलओ4) के मामले में , इस विघटन के साथ Pt crystallite redeposition है, जबकि दृढ़ता से adsorbing anions के मामले में (जैसे H2SO4) इस प्रक्रिया का परिणाम अधिमानी intergrain Pt विघटन जो इलेक्ट्रोड सतह6में माइक्रोक्राइस बनाता है। इसलिए, उच्च शुद्धता HClO4 इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग इलेक्ट्रोड सतह में microcracks को रोकने के लिए आवश्यक है।

  1. मैक्रोइलेक्ट्रोकडे के लिए 2 एमएस पल्स चौड़ाई के साथ वोल्टेज दालों को लागू करने में सक्षम एक potentiostat का प्रयोग करें. इस प्रक्रिया के साथ सामग्री की सूची पर या तो potentiostat के साथ किया जा सकता है.
  2. एक 1.2 मिमी व्यास पीटी डिस्क मैक्रोइलेक्ट्रोड roughen करने के लिए potentiostat में निम्नलिखित मापदंडों कार्यक्रम.
    1. -0.15 वी (Vmin) और 1.9 - 2.1 Vअधिकतमके बीच ऑक्सीकरण/ कमी दालों की एक श्रृंखला के साथ roughening प्रोटोकॉल शुरू 250 हर्ट्ज पर 10 - 300 s के लिए 1:1 के लिए एक कर्तव्य चक्र के साथ. पल्स आवेदन की अवधि roughening की हद तक निर्धारित करता है, अब और अधिक roughening होता है स्पंदन. किसी विशेष सतह खुरदरापन को प्राप्त करने के लिए आवश्यक विशिष्ट पैरामीटर निर्धारित करने में मदद के लिए चित्र 1A और चर्चा को मार्गदर्शिका के रूप में उपयोग करें.
      1. VersaStudio प्रोग्राम खोलें।
      2. प्रयोग मेनू विस्तृत करें और नयाचुनें.
      3. कार्रवाई का चयन करें पॉप-अप विंडो में जो प्रकट होता है, तेज़ संभावित दालें चुनें और संकेत दिए जाने पर इच्छित फ़ाइल नाम दर्ज करें. तेज संभावित पल्स लाइन तब प्रदर्शन किया जा करने के लिए क्रियाओं के तहत दिखाई देगा।
      4. फास्ट पोटेंशियल पल्सेस/पल्स गुणों केअंतर्गत निम्नलिखित भरें | दालों की संख्या दर्ज करें $ 2, संभावित (V) 1 $ -0.39 बनाम रेफरी के लिए 0.002 s, और संभावित (V) 2 $ 1.56 बनाम रेफरी के लिए 0.002 s.
      5. गुणों को स्कैन करें केअंतर्गत, समय प्रति बिंदु $ 1 s, चक्रों की संख्या: 50,000 (200 s अवधि के लिए).
      6. साधन गुणों केअंतर्गत, वर्तमान श्रेणी दर्ज करें - ऑटो.
    2. प्रोग्राम potentiostat तुरंत एक निरंतर कमी क्षमता के एक लंबे समय तक आवेदन के साथ दालों की श्रृंखला का पालन करने के लिए (-0.15 वी (या -0.59 वी बनाम एमएसई) 180 s के लिए) पूरी तरह से उत्पादित किसी भी ऑक्साइड को कम करने और इलेक्ट्रोड सतह को स्थिर करने के लिए.
      1. VersaStudio सॉफ़्टवेयर में, एक नया चरण सम्मिलित करने के लिए + बटन दबाएँ।
      2. क्रोनोमेमेट्रीपर डबल क्लिक करें |
      3. संभावित दर्ज करें (V) $ -0.59, समय प्रति बिंदु (s) $ 1, और अवधि (s) $ 180.
    3. चरण 3.2.1 में वर्णित प्रतिमान के दृश्य प्रतिनिधित्व का उपयोग करें. 3.2.2 ( चित्र 2) potentiostat प्रोग्रामिंग में सहायता करने के लिए.
      नोट: विशिष्ट पैरामीटर अलग इलेक्ट्रोड geometries के लिए अलग अलग होंगे, लेकिन एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में ऊपर मानकों का उपयोग कर और फिर वीअधिकतम और पल्स अवधि अलग अन्य geometries के लिए roughening मापदंडों का अनुकूलन करने के लिए सिफारिश की विधि है. एक उच्च शुद्धता HClO4 समाधान का उपयोग इस कदम के लिए आवश्यक है.
  3. 500 मM एचसीएलओ4 में डिवाइस की नोक युक्त इलेक्ट्रोड को जलमग्न करें जिसमें एक Pt तार काउंटर इलेक्ट्रोड और एमएसई संदर्भ इलेक्ट्रोड भी शामिल है। फिर काम इलेक्ट्रोड के रूप में एक व्यक्ति इलेक्ट्रोड कनेक्ट और इलेक्ट्रोड roughen करने के लिए स्पंदन प्रतिमान लागू होते हैं।
  4. VersaStudio में, रफिंग शुरू करने के लिए मेनू पर चलाएँ बटन दबाएँ।

4. एक माइक्रोइलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रोकेमिकल खुरदरा

  1. एक potentiostat कि वोल्टेज दालों के साथ लागू कर सकते हैं का उपयोग करें 62.5 ]s पल्स चौड़ाई microelectrodes roughen करने के लिए. सामग्री की सूची पर VMP-300 potentiostat इन छोटी दालों को लागू करने में सक्षम नहीं है, जबकि VersaSTAT 4 potentiostat पतली फिल्म microelectrodes roughen करने के लिए आवश्यक तेजी से दालों लागू कर सकते हैं.
  2. एक 20 डिग्री व्यास पीटी डिस्क microelectrode अपनी इन्सुलेट सामग्री के साथ निर्मित फ्लश roughen करने के लिए potentiostat में निम्नलिखित मापदंडों कार्यक्रम. roughening प्रोटोकॉल एक एकल इलेक्ट्रोड या कई इलेक्ट्रोड एक साथ shorted करने के लिए लागू किया जा सकता (चरण 4.3 में अतिरिक्त विवरण देखें).
    1. -0.25 वी (Vmin) और 1.2 - 1.4 V (Vअधिकतम) के बीच ऑक्सीकरण/ कमी दालों की एक श्रृंखला के साथ roughening प्रोटोकॉल शुरू 1:3 के एक कर्तव्य चक्र के साथ 4,000 हर्ट्ज पर (ऑक्सीकरण: कमी पल्स चौड़ाई) 100 एस के लिए मार्गदर्शन का उपयोग करें मदद करने के लिए अन्य इलेक्ट्रोड geometries के लिए आवश्यक विशिष्ट मानकों का निर्धारण.
      1. VersaStudio प्रोग्राम खोलें।
      2. प्रयोग मेनू विस्तृत करें और नयाचुनें.
      3. कार्रवाई का चयन करें पॉप-अप विंडो में जो प्रकट होता है, तेज़ संभावित दालें चुनें और संकेत दिए जाने पर इच्छित फ़ाइल नाम दर्ज करें. तेज संभावित पल्स लाइन तब प्रदर्शन किया जा करने के लिए क्रियाओं के तहत दिखाई देगा।
      4. फास्ट पोटेंशियल पल्सेस / पल्स गुण केगुणों के तहत निम्नलिखित भरें , दालों की संख्या दर्ज करें $ 2, संभावित (V) 1 $ -0.49 बनाम रेफरी के लिए 0.0625 एमएस, और संभावित (V) 2 $ 1.06 बनाम रेफरी के लिए 0.1875 एमएस.
      5. गुणों को स्कैन करें केअंतर्गत, समय प्रति बिंदु $ 1 s, और चक्रों कीसंख्या: 400,000 (100 s अवधि के लिए).
      6. साधन गुणों केअंतर्गत, वर्तमान श्रेणी दर्ज करें - ऑटो.
    2. कार्यक्रम potentiostat तुरंत एक लंबे समय तक कमी क्षमता के साथ दालों की श्रृंखला का पालन करने के लिए (-0.20 V के लिए 180 s) पूरी तरह से उत्पादित किसी भी ऑक्साइड को कम करने और इलेक्ट्रोड सतह के रसायन विज्ञान को स्थिर करने के लिए.
      1. VersaStudio सॉफ़्टवेयर में, एक नया चरण सम्मिलित करने के लिए + बटन दबाएँ।
      2. क्रोनोमेमेट्रीपर डबल क्लिक करें |
      3. संभावित दर्ज करें (V) $ -0.64, समय प्रति बिंदु (s) $ 1, और अवधि (s) $ 180.
        नोट: एक उच्च शुद्धता HClO4 समाधान का उपयोग इस कदम के लिए आवश्यक है.
  3. 500 मM एचसीएलओ4 में डिवाइस की नोक युक्त इलेक्ट्रोड को जलमग्न करें जिसमें Pt तार काउंटर इलेक्ट्रोड और एमएसई संदर्भ भी शामिल है। फिर काम इलेक्ट्रोड के रूप में एक व्यक्ति इलेक्ट्रोड या कई shorted इलेक्ट्रोड कनेक्ट और स्पंदन प्रतिमान लागू होते हैं. potentiostatic मोड में, इलेक्ट्रोड shorted किया जा सकता है जब डिवाइस के भीतर प्रतिरोध का पता लगाने छोटा है. उस स्थिति में, एक डिवाइस के माध्यम से ओमिक ड्रॉप नगण्य है तो सभी shorted इलेक्ट्रोड लागू क्षमता का अनुभव होगा.
  4. VersaStudio में, रफिंग शुरू करने के लिए स्क्रीन के शीर्ष पर मेनू पर चलाएँ बटन दबाएँ.
    नोट: microelectrodes की Rroughening इलेक्ट्रोड ज्यामिति के आधार पर स्पंदन मापदंडों के समायोजन की आवश्यकता हो सकती है, पीटी संरचना, और टोपोलॉजी (उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रोड के लिए अच्छी तरह से गहराई इन्सुलेट सामग्री में recessed). यहाँ सूचीबद्ध मापदंडों के साथ शुरू करें और विभिन्न इलेक्ट्रोड geometries के लिए roughening पैरामीटर के अनुकूलन शुरू करने के लिए वीअधिकतम मूल्य को संशोधित. तीन विभिन्न भू-गणितों के लिए विभिन्न स्पंदन पैरामीटरों को सारणी 1में संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है।

5. roughening के बाद इलेक्ट्रोड सतह का चरित्र

  1. 2.1.1-2.1.5 चरणों का उपयोग करके मैक्रोइलेक्ट्रोडों के प्रभावी सतह क्षेत्र में वृद्धि का निर्धारण करें।
  2. 2.1.1-2.1.5 चरणों का उपयोग करmicroelectrodes के प्रभावी सतह क्षेत्र में वृद्धि का निर्धारण.
  3. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी में खुरदरापन के बाद इलेक्ट्रोड उपस्थिति में परिवर्तन का निरीक्षण धातु शिनाइन की हानि के रूप में (प्रतिनिधि परिणाम देखें) और सतह की चिकनाई में स्पष्ट कमी के रूप में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM)6 स्कैनिंग में।

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Representative Results

मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स और माइक्रोइलेक्ट्रोड दोनों को खुरानी के लिए वोल्टेज अनुप्रयोग दर्शाने वाला एक योजनाबद्ध चित्र 2में दर्शाया गया है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग खुरदरे मैक्रोइलेक्ट्रोड (चित्र 3) या माइक्रोइलेक्ट्रोड (चित्र 4) की उपस्थिति में अंतर को देखने के लिए किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी और चक्रीय वोल्टेमिति का उपयोग करके पं सतह का वैद्युत रासायनिक अभिलक्षणन आसानी से एक खुरदरे मैक्रोइलेक्ट्रोड के बढ़े हुए सक्रिय सतह क्षेत्र को आसानी से दिखा सकता है (चित्र1) और माइक्रोइलेक्ट्रोड ( चित्र 5) . सतह खुरदरापन और खुरदरा दालों की संख्या के बीच संबंध लागू (पल्सिंग अवधि) चित्र 4में मैक्रोइलेक्ट्रोड के लिए दिखाया गया है। प्रत्येक नए इलेक्ट्रोड ज्यामिति के लिए, दोनों मैक्रोइलेक्ट्रोड और microelectrode सरकारों के भीतर, roughening मानकों के अनुकूलन की संभावना विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए आदर्श roughened सतह प्राप्त करने की आवश्यकता होगी. तालिका 1 विभिन्न इलेक्ट्रोड geometries के लिए विद्युत प्रचलन सक्रिय सतह क्षेत्र में वृद्धि करने के लिए विभिन्न roughening मानकों का एक उदाहरण प्रस्तुत करता है.

Figure 1
चित्र 1 . खुर्चीत पं. (ए) 0ण्5 उ भ्क्व्व्4 में मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स (1ण्2 मिमी व्यास) के रफनेटिंग के दौरान स्पंद अवधि के एक प्रकार्य के रूप में खुरदरापन कारक, व्अधिकतम1ण्9 ट तथा टप्0-0ण्15 ट, 250 भ् दालों के साथ भिन्न अवधि के लिए लागू किया गया। (ठ) चक्रीय वोल्टमिति (100 उv/ के बाद (लाल) roughening. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2 . इलेक्ट्रोड roughening के लिए वोल्टेज स्पंदन प्रतिमान की योजना. Rouening एक रिडक्टिव के बीच ऑक्सीकरण / कमी दालों की एक श्रृंखला के साथ शुरू होता है, आम तौर पर नकारात्मक क्षमता (Vमिनट) और एक ऑक्सीडेटिव, आम तौर पर सकारात्मक क्षमता (Vअधिकतम) तुरंत एक लंबे समय तक, निरंतर आवेदन के बाद एक रिडक्टिव क्षमता की पूरी तरह से स्पंदन द्वारा उत्पादित किसी भी ऑक्साइड को कम करने और इलेक्ट्रोड सतह के रसायन विज्ञान को स्थिर करने के लिए। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3 . Pt मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियां। परक्लोरिक अम्ल विलयन में खुरदरा होने के बाद इलेक्ट्रोड सतह (ए) roughening से पहले और (बी) sputtered के रूप में. खुरदरा करने के लिए पैरामीटर तालिका 1में पाए जाते हैं। प्रत्येक इलेक्ट्रोड व्यास में 1.2 मिमी है। इलेक्ट्रोड सतहों के SEM इवानोवस्काया, एट अल6में देखा जा सकता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें. 

Figure 4
चित्र 4 . परक्लोरिक एसिड विलयन में pt microelectrodes के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियों को खुरदरा किया गया। खुरदरापन के लिए पैरामीटर सारणी1 में पाया जाता है, जो टअधिकतम के आयाम के साथ यहाँ दिखाए गए इलेक्ट्रोडों के बीच एकमात्र अंतर है। बाएँ से दाएँ Vअधिकतम (A) 1.2 , (B) 1.3 , (C) 1.4 (V vs Ag ] एजीसीएल)। प्रत्येक इलेक्ट्रोड व्यास में 20 डिग्री है। इलेक्ट्रोड सतहों के SEM इवानोवस्काया, एट अल6में देखा जा सकता है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5 . खुरदरे पं. (ए) पीबीएस में खुरदरा पीटी माइक्रोइलेक्ट्रोड (20 डिग्री मी डिस्क) की बाधा। 10 हर्ट्ज की आवृत्ति सीमा पर मापा प्रतिबाधा (काला वृत्त) - 100 kHz बराबर सर्किट मॉडल से मॉडलिंग प्रतिबाधा (लाल एक्स) द्वारा मढ़ा दिखाया गया है. (ठ) चक्रीय वोल्टमिति (500 उv की स्कैन दर) Pt microelectrode की दर 0ण्5 उ Hक्व्4 4 में टअधिकतमके साथ 1ण्4 ट स्पंद आयाम (नीले) से पहले मापा जाता है और बाद (लाल) खुरदरा। खुरदरा इलेक्ट्रोड में 2ण्6x वृद्धि हुई सक्रिय सतह क्षेत्र है जो चरण 2ण्1ण्3 में वर्णित खुरदरापन कारकों के अनुपात से परिकलित होता है (पृष्ठ खुरदरापन $ 1ण्48 से पहले, सतह खुरदरापन $ 3ण्8 के बाद। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

संभावित दालें लगातार खुरदरापन कारक
(क) सीवी से अनुमानित
(ख) ईआईएस से अनुमानित
संभावित
इलेक्ट्रोड ज्यामिति वीमिनट वीअधिकतम आवृत्ति (Hz) ड्यूटी चक्र अवधि (s) संभावित अवधि (s)
(V) (V) (V)
1.2 मिमी व्यास पीटी डिस्क -0.15 1.9 - 2.1 250 1:1 10-300 -0.15 180 44 (क)
20 डिग्री मीटर व्यास पीटी डिस्क -0.25 1.2 - 1.4 4000 1:3 100 -0.25 180 2.6 (क)
2.7 (ख)
10 डिग्री मीटर व्यास पीटी डिस्क -0.25 1.1 4000 1:3 100 -0.25 180 2.2 (ख)

तालिका 1. विभिन्न इलेक्ट्रोड geometries के roughening के लिए अनुकूलित पैरामीटर.

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Discussion

पतली फिल्म मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स और माइक्रोइलेक्ट्रोड ्स्साइलेशन का इलेक्ट्रोकेमिकल रफनेन ऑक्सीकरण-रिडक्शन स्पंदन के साथ संभव है। इस सरल दृष्टिकोण nondestructively पतली फिल्म इलेक्ट्रोड roughen करने के लिए कई प्रमुख तत्वों की आवश्यकता होती है. पन्नी के विपरीत, पतली धातु फिल्मों के roughening नमूना विनाश के लिए नेतृत्व कर सकते हैं अगर मानकों को ठीक से चुना नहीं कर रहे हैं. roughening प्रक्रिया के महत्वपूर्ण पैरामीटर पल्स आयाम, अवधि और आवृत्ति हैं. इसके अतिरिक्त, प्रक्रिया से पहले इलेक्ट्रोड सफाई और perchloric एसिड शुद्धता सुनिश्चित करने इलेक्ट्रोड क्षति को रोकने के लिए महत्वपूर्ण हैं. जैविक या microfabrication प्रक्रिया से contaminates की उपस्थिति जंग या delamination के माध्यम से इलेक्ट्रोड के विनाश के लिए योगदान कर सकते हैं. इसलिए, ओजोन साफ और विलायक के लिए महत्वपूर्ण है डिवाइस सोख के रूप में अच्छी तरह के रूप में विद्युत रासायनिक roughening शुरू होने से पहले इलेक्ट्रोड सतह तैयार करने के लिए.

इलेक्ट्रोकेमिकल खुरदराकरण ऑक्सीकरण/रिडक्शन दालों की श्रृंखला द्वारा संचालित होता है जिसके परिणामस्वरूप दोहराव वाले ऑक्साइड वृद्धि और विघटन होते हैं। एक कमजोर adsorbing anion (HClO4की तरह) के मामले में, इस प्रक्रिया के साथ है Pt crystallite फिर से स्थिति. लेकिन, एक जोरदार adsorbing anion के मामले में (एच2SO4की तरह ), इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप अधिमानी अंतरअनाज पंभंग 6के कारण microcrack गठन में परिणाम . क्लोराइड की उपस्थिति भी roughening प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड के विनाश का कारण बन सकता है. इस कारण से, यह भी उच्च शुद्धता perchloric एसिड, एक क्लोराइड मुक्त (या leakless) संदर्भ इलेक्ट्रोड का उपयोग करें और क्लोराइड संदूषण के किसी भी अन्य संभावित स्रोतों को खत्म करने के लिए महत्वपूर्ण है.

यदि प्रतिबाधा का उपयोग microelectrodes की सतह क्षेत्र का अनुमान लगाने के लिए (चरण 2.1.4), इन बातों को ध्यान में रखना. खुले सर्किट की स्थिति के तहत पीबीएस में एक साफ पीटी इलेक्ट्रोड के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम एक रैखिक NyQuist साजिश में परिणाम चाहिए. यह रैखिकता विशुद्ध रूप से कैपेसिटिव अनुक्रिया को इंगित करती है। रैखिकता से महत्वपूर्ण बंकन या विचलन घुले हुए ऑक्सीजन अपशत्व6की धीमी गतिजता के कारण आवेश अंतरण का संकेत देगा । प्रतिबाधा विश्लेषण सॉफ्टवेयर में, एक बराबर सर्किट मॉडल इस NyQuist साजिश करने के लिए घटता फिट करने के लिए प्रयोग किया जाता है. इस समकक्ष सर्किट मॉडल एक निरंतर चरण तत्व (सीपीई) के साथ श्रृंखला में ओमिक प्रतिरोध (आर) के होते हैं, जहां आर डिवाइस का पता लगाने के बिजली के प्रतिरोध और समाधान के आयनिक प्रतिरोध से बना है और सीपीई पर डबल परत समाई का प्रतिनिधित्व करता है इलेक्ट्रोड समाधान इंटरफ़ेस. डबल लेयर धारिता (क्यू) और प्रतिपादक (जेड) के सीपीई पैरामीटर प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम को फिट करने से निकाले जाते हैं। आमतौर पर पीबीएस में स्वच्छ, sputtered Pt के लिए मनाया Q मान 50 डिग्री सेल्सियस के करीब हैं /

यहाँ इलेक्ट्रोड 250 एनएम मोटी sputtered पं के सभी डिस्क थे , लचीला polyimide सामग्री है कि सरणी6,13,14insulates के साथ गढ़े फ्लश . roughening पैरामीटर मैक्रोइलेक्ट्रोड और microelectrode तराजू के भीतर विभिन्न इलेक्ट्रोड geometries के लिए अलग हो जाएगा (तालिका1में दिखाया गया है) और नए इलेक्ट्रोड geometries के लिए अनुकूलन की आवश्यकता होगी. जबकि यहाँ जांच नहीं, वहाँ भी उनकी स्थलाकृति के आधार पर एक ही ज्यामिति के इलेक्ट्रोड roughen करने के लिए आवश्यक मानकों में मतभेद हो सकता है (जैसे, कैसे इन्सुलेट सबस्ट्रेट में recessed इलेक्ट्रोड बैठता है या यदि इलेक्ट्रोड के माध्यम से बनाया जाता है sputtering के बजाय वाष्पीकरण). इष्टतम roughening पैरामीटर पतली फिल्म निर्माण तकनीक डिवाइस बनाने के लिए इस्तेमाल किया पर निर्भर हो सकता है क्योंकि जिस तरह से एक फिल्म बनाया है अनाज के आकार को प्रभावित कर सकते हैं और पीटी में Pt क्रिस्टलीय डोमेन जो धातु बदल सकता है की अधिमानी अभिविन्यास जेट.

इस roughening दृष्टिकोण के साथ, बड़ा इलेक्ट्रोड एक अधिक से अधिक वीअधिकतमसामना कर सकते हैं. इस बड़े पल्स आयाम microelectrodes की तुलना में मैक्रोइलेक्ट्रोड के खुरदरापन कारक में 10x अधिक से अधिक बढ़ जाती है सक्षम बनाता है. यह microelectrodes के roughening के लिए तकनीक की प्रयोज्यता को सीमित करता है अगर एक से अधिक 10x वृद्धि की खुरदरापन की जरूरत है. सतह क्षेत्र में 44x की वृद्धि के साथ 1.2 मिमी व्यास मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स ने चार्ज इंजेक्शन की सीमा को दिखाया 0.5 - 1.39 mC/cm2, जो टाइटेनियम नाइट्राइड और कार्बन नैनोट्यूब सामग्री के बराबर है और अनुपचारित प्लैटिनम से 2 - 4 गुना अधिक है नमूने6|

चित्र 5A में दिखाए गए NyQuist भूखंडों के अलावा microelectrodes पर roughening के प्रभाव की विशेषता के लिए, roughened मैक्रोइलेक्ट्रोइड्स और microelectrodes के प्रतिबाधा के लिए बोड भूखंडों Ivanovskaya में दिखाए जाते हैं, एट अल6. इन बोडे भूखंडों से, एक इष्टतम roughened मैक्रोइलेक्ट्रोड के लिए 1 kHz पर प्रतिबाधा roughening से पहले इलेक्ट्रोड की तुलना में 2.5x कम है (208.7 k$ roughened इलेक्ट्रोड के लिए इलाज के लिए 83.7 k$). और microelectrodes के लिए, 1 kHz पर प्रतिबाधा कम किया गया था $2x (से 672 k$ के लिए इलाज नहीं 336 k$ roughened इलेक्ट्रोड के लिए).

महत्वपूर्ण प्रोटोकॉल पैरामीटर नाड़ी आयाम, अवधि और आवृत्ति कर रहे हैं और वे इलेक्ट्रोड आकार और आकृति विज्ञान के आधार पर समायोजन की जरूरत है. जब किसी नए इलेक्ट्रोड प्रकार के लिए roughening पैरामीटर का अनुकूलन, तालिका1 में मानकों के साथ शुरू करते हैं और वीअधिकतमअलग शुरू करते हैं. खुरदरापन कारक (या एक वांछित सतह क्षेत्र) के ठीक ट्यूनिंग तो पल्स अवधि अलग से प्राप्त किया जा सकता है. जबकि विशिष्ट स्पंदन पैरामीटर इलेक्ट्रोड ज्यामिति, टोपोलॉजी और पीटी संरचना के आधार पर मामूली संशोधन की आवश्यकता हो सकती है, इस roughening तकनीक electrodeposited फिल्मों के आसंजन में सुधार और इलेक्ट्रोड विशेषताओं में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है इस तरह प्रतिबाधा के रूप में, चार्ज इंजेक्शन सीमा और प्रभारी भंडारण क्षमता के रूप में Ivanovskaya, एट अल6में प्रदर्शन किया.

धातु पन्नी के इलेक्ट्रोकेमिकल roughening के लिए व्यंजनों लगभग पांच दशकों के लिए अस्तित्व मेंहै 1 और धातु के इलेक्ट्रोकेमिकल roughening अभी भी दृष्टिकोण की सादगी और उपयोगिता की वजह से आकर्षक है. लेकिन, पतली फिल्म इलेक्ट्रोड roughen करने के लिए इस सरल दृष्टिकोण का उपयोग सीधे आगे के रूप में नहीं था और वहाँ प्रक्रिया पर कम जानकारी के लिए सफलतापूर्वक पतली धातु फिल्मों roughen था. यहाँ वर्णित दृष्टिकोण के साथ, पतली फिल्म इलेक्ट्रोड अब आसानी से विद्युत रासायनिक roughened किया जा सकता है. इन roughened इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग और तंत्रिका जांच में उत्तेजना इलेक्ट्रोड में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, substrates के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल जमा फिल्मों के आसंजन में सुधार, biosensor संवेदनशीलता में सुधार, पतली फिल्म आधारित aptasensor संवेदनशीलता में सुधार, या निर्माण के बाद इलेक्ट्रोड सरणियों को साफ करने के लिए।

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Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की घोषणा करते हैं.

Acknowledgments

लेखक इस पांडुलिपि की तैयारी के दौरान समर्थन के लिए लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला के जैव इंजीनियरिंग के लिए केंद्र का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं. प्रोफेसर Loren फ्रैंक कृपया समूह है कि निर्माण और पतली फिल्म पीटी microarrays ऊपर काम में चर्चा की डिजाइन सक्षम है के साथ अपने सहयोग के लिए स्वीकार किया है. यह काम अनुबंध डे-AC52-07NA27344 के तहत लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा अमेरिकी ऊर्जा विभाग के तत्वावधान में किया गया था और लैब निर्देशित अनुसंधान और विकास पुरस्कार 16-ERD-035 द्वारा वित्त पोषित. एल.एल.एल. आईएम ने एलएलएनएल-जेआरएनएल-762701 जारी किया।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Fisher Scientific, Sigma Aldrich or similar n/a Laboratory grade
EC-Lab Software Bio-Logic Science Instruments n/a For instrument control and data analysis
Leakless Silver/Silver Chloride Reference eDAQ Company, Australia ET069-1 Free from chloride anion contamination
(or other type of chloride free electrode e.g. Mercury sulfate electrode)
Mercury Sulfate & Acid Electrode Kit  Koslow, Scientific Testing Instruments 5100A glass, 9mm version
Milipore DI water MilliporeSigma n/a Certified resistivity of 18.2 MΩ.cm (at 25°C) 
Perchloric acid, 99.9985% Sigma Aldrich 311421 High Purity
Phosphate-buffered saline Teknova P4007 10mM PBS with 100mM NaCl, pH 7
or similar product from elsewhere
Platinum Wire Auxiliary Electrode (7.5 cm) BASi MW-1032 Counter electrode
Pt macroelectrodes Lawrence Livermore National Laboratory n/a 1.2 mm diameter, 250 nm thick Pt disc electrodes insulated in polyimide. More information in Reference 9.
Pt microelectrode arrays Lawrence Livermore National Laboratory n/a 20 µm diameter 250 nM thick Pt disc electrodes insulated in polyimide. More information in Reference 9.
Sulfuric acid, 99.999% Sigma Aldrich 339741 High Purity
UV & Ozone Dry Stripper Samco UV-1 for cleaning electrodes
VersaSTAT 4 Potentiostat AMETEK, Inc. n/a Good time resolution for pulsing tests
VersaStudio Software AMETEK, Inc. n/a For instrument control
VMP-200 Potentiostat  Bio-Logic Science Instruments n/a Low current resolution option is preferable for measurements with microelectrodes

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Ivanovskaya, A. N., Belle, A. M., Yorita, A., Qian, F., Chen, S., Tooker, A., Lozada, R. G., Dahlquist, D., Tolosa, V. Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum Macro and Microelectrodes. J. Vis. Exp. (148), e59553, doi:10.3791/59553 (2019).

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