调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备平台及方法转让专利
申请号 : CN201910701318.5
文献号 : CN110373708B
文献日 : 2021-04-30
发明人 : 冯海钊 , 王永康 , 魏志勇 , 陈云飞
申请人 : 东南大学
摘要 :
权利要求 :
1.调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备平台,其特征在于:所述纳米针尖制备平台包括电解质溶液池(1)、铂环阴极(2)、金丝阳极(3)、酸性环境实时检测器(4)、环形酸性溶液补偿器(5)、电脑(6)、电化学分析仪(7)和电流表(8);其中所述铂环阴极(2)与所述电流表(8)电性连接;所述环形酸性溶液补偿器(5)、铂环阴极(2)、金丝阳极(3)和酸性环境实时检测器(4)均设置所述电解质溶液池(1)内;所述电解质溶液池(1)、铂环阴极(2)、金丝阳极(3)、电化学分析仪(7)和电流表(8)通过导线连接成一个闭合的回路;
其中所述金丝阳极(3)和铂环阴极(2)分别与电化学分析仪(7)的正极和负极相连;
所述酸性环境实时检测器(4)、环形酸性溶液补偿器(5)和电化学分析仪(7)均与电脑(6)电连接。
2.调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备方法,其特征在于:首先将电解质溶液池(1)、铂环阴极(2)、金丝阳极(3)、电化学分析仪(7)和电流表(8)连接成一个闭合的回路,在电脑(6)自定义输入拟制备的纳米针尖特定范围锥角大小,电脑(6)依据实验采集得到的各浓度条件下制备针尖的平均锥角大小,选择合适酸性浓度的电解质溶液配比,并通过环形酸性溶液补偿器(5)向电解质溶液池(1)注入盐酸溶液,直至酸性环境实时检测器(4)检测电解质溶液池(1)达到设定值,电化学分析仪(7)进行循环伏安法测试,并施加于所述金+
丝阳极(3)合适的电势以进行纳米针尖的刻蚀反应;并在针尖刻蚀过程维持H 浓度处于稳定状态。
3.根据权利要求2所述的调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备方法,其特征在于:所述酸性环境实时检测器(4)始终浸没在电解质溶液池(1)的溶液中,实时检测电解质+ +
溶液池(1)的H浓度并将数据反馈至电脑(6),当电解质溶液池(1)的H浓度与预定初始值误差超过5%,环形酸性溶液补偿器(5)开始缓慢均匀向电解质溶液池(1)中注入HCl溶液进行+
补充,保证H浓度稳定维持在初始设定值。
4.根据权利要求2所述的调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备方法,其特征在于:所述电解质溶液池(1)的电解质溶液采用浓盐酸和无水乙醇的混合溶液。
说明书 :
调整浓度实现针尖锥角控制的纳米针尖制备平台及方法
技术领域
背景技术
为非常关键的问题。目前针尖增强拉曼是一种被广泛应用的增强拉曼光谱信号的方法。针
尖增强拉曼需要纳米级别的探针来提高局部区域的电场从而实现拉曼光谱的增强,如何制
备高质量低成本且符合要求的纳米针尖成为了问题的关键所在。目前,制备纳米针尖的方
法包括机械加工,晶须生长,离子铣削等,而电化学方法制备金属纳米针尖因为有着成本
低,操作时间短,操作容易等优势而被广泛应用。
度等。目前使用较为普遍的电解质溶液类型为浓盐酸和无水乙醇的混合溶液。但是实验表
明,浓盐酸和无水乙醇的体积配比不同,制备出来的金属纳米针尖也会在制备成功率,针尖
形貌和针尖锥角大小上有着较大的差别。且针尖的锥角大小随着电解质溶液的酸性上升而
下降,因此可以通过调整电解质溶液的浓度实现对针尖锥角的控制。但是在电化学方法制
备纳米针尖的过程中,由于电解质混合溶液中的盐酸会随着反应进行被大量消耗掉或者挥
发,从而导致针尖制备的酸性环境极不稳定,对针尖制备的成功率造成很大的波动和影响。
发明内容
液以保证针尖制备环境的稳定性,另一方面可以通过调整改变电解质溶液的酸性条件,从
而实现对制备的纳米针尖的控制。
脑、电化学分析仪、电流表;其中所述铂环阴极与所述电流表电性连接;所述环形酸性溶液
补偿器、铂环阴极金丝阳极和酸性环境实时检测器均设置所述电解质溶液池内;所述电解
质溶液池、铂环阴极、金丝阳极、电化学分析仪和电流表通过导线连接成一个闭合的回路;
制备的纳米针尖特定范围锥角大小,电脑依据实验采集得到的各浓度条件下制备针尖的平
均锥角大小,选择合适酸性浓度的电解质溶液配比,并通过环形酸性溶液补偿器向电解质
溶液池注入盐酸溶液,直至酸性环境实时检测器检测电解质溶液池达到设定值,电化学分
析仪进行循环伏安法测试,并施加于所述金丝阳极合适的电势以进行纳米针尖的刻蚀反
应;并在针尖刻蚀过程维持H+浓度处于稳定状态。
差超过5%,环形酸性溶液补偿器开始缓慢均匀向电解质溶液池中注入HCl溶液进行补充,保
证H+浓度稳定维持在初始设定值。
纳米针尖上的电势大小。电化学分析仪通过在金纳米针尖上施加分析得到的适宜电势大小
进行针尖的电化学刻蚀制备。在纳米针尖的制备过程,监测探头一直浸没在电解质溶液中
并实时对电解质溶液的酸性情况进行监测,并将所测实时数据反馈到电脑进行自动分析。
+
随着针尖刻蚀反应的进行,针尖的量产会消耗掉电解质溶液中大量的H ,溶液的酸性环境
就会对针尖的制备产生较大的波动。当电解质溶液的波动超过初始设置值的5%时,阴阳极
周围的环形补充器就会自动向电解质溶液中均匀平缓地补充注入HCl溶液。一方面HCl溶液
的补充过程非常平缓,因为溶液流动对针尖刻蚀过程造成的不良影响几乎可以忽略,另一
方面通过实时补充的HCl溶液,可以基本维持以金针尖为中心的局部溶液酸性环境处于一
个相对非常稳定的状态。
环境的酸性条件的稳定。这大大减少了需要不断更换新鲜溶液保证酸性条件所浪费的时
间,金纳米针尖的制造速度快,成本低。
附图说明
具体实施方式
分析仪7、电流表8。
通过电流表8的示数可以实时观测反应的进行程度以及何时刻蚀反应停止。
施加在金丝阳极3上有利于针尖刻蚀反应的电势为1.28V。电脑6根据分析得到的循环伏安
特性曲线反馈给电化学分析仪7该条件下可以施加的较适宜的电势大小,电化学分析仪7将
该电势施加于金丝阳极3上,金纳米针尖的刻蚀反应开始。
尖制备的成功率造成不良影响。所以在反应过程中,酸性环境实时检测器4一直浸没在溶液
中,用于实时监测电解质溶液池1中的酸性情况,并将数据反馈传输至电脑6,当电解质溶液
+
池1中的H数量波动大于5%时,电脑6会控制环形酸性溶液补偿器5向电解质溶液池1中缓慢
+
平稳地补充注入盐酸溶液,以补偿反应消耗掉的H ,且环形酸性溶液补偿器5向电解质溶液
池1中补充盐酸的过程在空间上是均匀的,对针尖制备的影响几乎可以忽略。这使得溶液酸
性环境维持在一个相对稳定的状态,有利于金纳米针尖的制备。
度上降低了批量化低成本制备生产金纳米针尖的时间。
环境实时检测器4检测电解质溶液池1达到预定值才开始针尖的刻蚀反应,并在针尖刻蚀过
+
程维持电解质溶液池1的H浓度稳定在该预定值附近。这一功能实现了通过调整电解质溶
液浓度以对制备针尖锥角在特定范围内进行控制。