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电极及电极制造方法

阅读：457发布：2021-02-14

IPRDB可以提供电极及电极制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种电极，所述电极可包括基板、第一层和第二层。所述第一层可包含无机材料。所述第一层可进一步设置在所述基板和所述第二层之间。所述第二层可包含钌。所述第二层可进一步具有六边形致密结晶结构。，下面是电极及电极制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电极，包括：

基板；

第一层，所述第一层包含无机材料；以及

第二层，所述第二层包含钌，

其中所述第二层具有六边形致密结晶结构；并且其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间。

2.一种电极，包括：

基板；

第一层，所述第一层包含无机材料；以及

第二层，所述第二层包含钌，

其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间；并且其中所述第二层具有至少约20的晶体取向比。

3.一种电极，包括：

基板；以及

第一层，所述第一层包含无机材料，所述无机材料具有较短的晶格参数a1；以及第二层，所述第二层包含钌，所述钌具有较短的晶格参数a2，其中a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第二层具有至少约2.0Ohm/sq的薄片电阻。

5.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述无机材料包括结晶材料或多晶材料。

6.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述无机材料包括氧化物、金属氧化物、透明氧化物、透明金属氧化物、电介质化合物及其任何组合。

7.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述无机材料包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉及其任何组合。

8.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述无机材料包括氧化铝锌(AZO)、氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、氧化氟锡(FTO)及其任何组合。

9.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述无机材料包括氧化铝锌(AZO)。

10.根据权利要求1和2中任一项所述的电极，其中所述第一层的所述无机材料具有较短的晶格参数a1并且所述第二层的所述金属具有较短的晶格参数a2，其中a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

11.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第一层不含有氧化锡。

12.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第一层不含有碳。

13.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第一层具有不大于约20nm且至少约1nm的厚度。

14.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第二层(或所述包含金属的层)的所述金属包括结晶材料和多晶材料。

15.根据权利要求1、2和3中任一项所述的电极，其中所述第二层具有至少约10nm且不大于约150nm的厚度。

说明书全文

电极及电极制造方法

技术领域

[0001] 本公开涉及电极，且更具体地涉及用于生物传感器应用的薄膜电极。

背景技术

[0002] 一般来讲，电化学葡萄糖生物传感器包括两个电极，这两个电极中的至少一个既具有金属层，又具有与金属层直接接触的非金属层。一般来讲，可包括在电化学葡萄糖生物传感器中的某些贵金属电极的反应性在刚制备完时更加明显，但在显著老化的产品中反应性可能降低并且有时可能会消除。一般来讲，非金属层为碳层，其用于构建活化电极，当活化电极是新的时，其模拟尚未老化的非活化产品的特性。换言之，为获得一致的电势读数，需牺牲电极的灵敏度。

[0003] 然而，一直需要性能改善的电极。例如，减少电极中使用的金属，特别是像金这样的昂贵金属的量可以降低成本。而且，仍然需要在减少金属量的同时仍保持性能的电极。

发明内容

[0004] 根据一个方面，电极可包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料。第一层可进一步设置在基板和第二层之间。第二层可包含钌。第二层可进一步具有六边形致密结晶结构。

[0005] 根据又一方面，电极可包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料。第一层可进一步设置在基板和第二层之间。第二层可包含钌。第二层可进一步具有至少约20的晶体取向比(COR)。

[0006] 根据再一方面，电极可包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料。第一层可进一步设置在基板和第二层之间。第二层可包含钌。第一层可具有较短的晶格参数a1并且第二层可具有较短的晶格参数a2，使得a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

[0007] 根据又一方面，生物传感器测试条可包括电极系统，该电极系统包括电极。该电极可包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料。第一层可进一步设置在基板和第二层之间。第二层可包含钌。第二层可进一步具有六边形致密结晶结构。

[0008] 根据再一方面，形成电极的方法可包括提供基板，在基板上沉积第一层，并且在第一层上沉积第二层。第一层可进一步设置在基板和第二层之间。第二层可包含钌。第二层可进一步具有六边形致密结晶结构。

附图说明

[0009] 实施例以实例的方式示出并且不受附图的限制。

[0010] 图1包括根据本文所述实施例的电极的图示；

[0011] 图2a包括将根据本文所述实施例的电极和对比电极的X射线衍射图进行比较的图表；以及

[0012] 图2b包括将根据本文所述实施例的电极和对比电极的X射线衍射图进行比较的图表。

[0013] 本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，可相对于其他元件放大图中一些元件的尺寸，以帮助增进对本发明实施例的理解。

具体实施方式

[0014] 提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该理解为是对本教导内容的范围或适用性的限制。然而，其他实施例可基于本专利申请中所公开的教导内容而使用。

[0015] 术语“包括/包含(comprises/comprising/includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其他变型都旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。此外，除非有明确的相反的说明，否则“或”是指包括性或而非排他性或。例如，以下任何一项均满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。

[0016] 而且，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的要素和组分。这么做只是为了方便起见和提供对本发明范围的一般认识。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个项时，可使用多于一个项来代替单个项。类似地，在本文描述了多于一个项的情况下，单个项可以取代多于一个项。

[0017] 除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是示例性的而非限制性的。关于本文未述的方面，有关特定材料和加工方法的许多细节是常规的，并能在电极和生物传感器领域内的教科书和其他来源中找到。

[0018] 本文所述的实施例一般来讲涉及电极或形成电极的方法，其中电极包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料，并且第二层可包含钌。根据特定实施例，第二层可具有六边形致密结晶结构。根据另一些实施例，第二层可具有至少约20的晶体取向比(COR)。根据另一些实施例，第一层可具有较短的晶格参数a1并且第二层可具有较短的晶格参数a2，使得a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

[0019] 在某些实施例中，根据本文所述的实施例形成的电极可为薄膜电极。根据另一些实施例，薄膜电极可供我们用在测量样本诸如血液样本中的葡萄糖水平的生物传感器或生物传感器测试条中。

[0020] 根据本文所述的另一些实施例，生物传感器或生物传感器测试条可包括根据本文所述实施例形成的电极。例如，生物传感器或生物传感器测试条可包括电极，该电极可包括基板、第一层和第二层。第一层可包含无机材料，并且第二层可包含钌。根据特定实施例，第二层可具有六边形致密结晶结构。根据另一些实施例，第二层可具有至少约20的晶体取向比(COR)。根据另一些实施例，第一层可具有较短的晶格参数a1并且第二层可具有较短的晶格参数a2，使得a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

[0021] 图1包括示出了根据本文所述实施例形成的电极10的构型的图示。如图1所示，电极10可包括基板20、第一层30和第二层40。如图所示，第一层30可邻近基板20设置，并且第二层40可邻近第一层30设置，使得第一层30位于基板20和第二层40之间。

[0022] 根据某些实施例，第一层30可直接接触基板20、第二层40或两者。例如，第一层30可直接邻近基板20设置，使得第一层30直接接触基板20。另外，第二层40可直接邻近第一层30设置，使得第二层40直接接触第一层30。

[0023] 根据另一些实施例，电极10可包括附加层。例如，电极10可包括一个或多个中间层(图1中未示出)，该一个或多个中间层设置在基板20、第一层30和第二层40中的一个或多个之间。

[0024] 根据另一些实施例，如本文所述形成的电极10可为惰性电极，诸如惰性薄膜电极。

[0025] 在某些实施例中，电极10可为生物传感器电极，例如，可测量样本诸如血液样本的葡萄糖水平的生物传感器电极。在特定实施例中，电极10可含有包含化学溶液的层(图1中未示出)，该化学溶液含有酶、介体、指示剂或其任何组合。在特定实施例中，电极10可对葡萄糖具有反应性。例如，葡萄糖可通过首先与酶反应形成副产物而被电极10间接降解，且电极10与副产物反应。

[0026] 根据另一些实施例，电极10可为生物传感器的一部分，例如适于测量样本(诸如血液样本)中的葡萄糖水平的生物传感器测试条。在某些实施例中，测试条可包括工作电极和对电极，并且本文所述的电极10可作为工作电极、对电极或这两者存在。

[0027] 根据另一些实施例，第一层30和第二层40可为外延层，且具体地为异质外延层。在更多特定实施例中，第一层30可为生长垫层，并且第二层40可为外延覆层。外延可指于结晶垫层之上沉积结晶覆层。同质外延可指覆层和垫层由相同材料形成。异质外延可指外延覆层在不同材料的生长垫层上形成。在外延生长中，垫层可充当晶种，将覆层锁定在相对于垫层的一个或多个有序的晶体学取向中。如果相对于垫层，覆层没有形成有序层，则生长可能是非外延的。

[0028] 在某些实施例中，生长垫层的引入可改善电极的质量，诸如改善电极的薄片电阻。换言之，在某些实施例中，已经令人惊讶地发现，与无生长垫层的电极相比，可以在减少约
10％外延覆层中金属量的同时，保持相同的电极薄片电阻。

[0029] 薄片电阻测量厚度标称均匀的薄膜的电阻。通常，电阻率以诸如Ωcm的单位表示。为了获得薄片电阻值，将电阻率除以薄片厚度，并且单位可表示为Ω。为了避免被误解为1欧姆的体电阻，薄片电阻的常见替代单位为“欧姆每平方”(表示为“Ω/sq”或“Ω/□”)，其在尺寸上等于欧姆，但专用于薄片电阻。

[0030] 虽然薄片电阻是整个电极的量度，但基板和第一层的贡献可以忽略不计。例如，在一个实施例中，基板可能对电极的薄片电阻没有贡献。在进一步的实施例中，5nm AZO垫层对电极的总测得薄片电阻的贡献可以忽略不计，诸如约0.0005Ohm/sq。

[0031] 根据特定实施例，电极10可具有特定的薄片电阻。例如，电极10可具有至少约2.0Ohms/sq，诸如至少约2.25Ohms/sq、至少约2.5Ohms/sq、至少约2.75Ohms/sq、至少约
3.0Ohms/sq、至少约4.0Ohms/sq、至少约5.0Ohms/sq或甚至至少约10Ohms/sq的薄片电阻。

[0032] 根据某些实施例，基板20可由适合于电极基板的任何材料构成。根据某些实施例，形成基板的材料可包含聚合物、柔性聚合物或透明聚合物。例如，合适的聚合物可包括聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、三醋酸纤维素(TCA或TAC)、聚氨酯或其任何组合。在特定实施例中，基板可为玻璃基板，诸如透明玻璃基板。

[0033] 根据另一些实施例，基板20可具有适合于电极的特定厚度。例如，基板20可具有至少约1微米，诸如至少约5微米、至少约10微米、至少约15微米、至少约20微米、至少约25微米、至少约30微米、至少约35微米、至少约40微米、至少约45微米或甚至至少约50微米的厚度。根据另一些实施例，基板20可具有不大于约1,000微米，诸如不大于约750微米、不大于约500微米、不大于约400微米或甚至不大于约300微米的厚度。应当理解，基板20可具有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的厚度。应进一步理解，基板20可具有介于上述任何最小值和最大值之间的任一值的厚度。例如，基板可具有从约20微米至约500微米或从约40微米至约300微米的范围内的厚度。在非常特定的实施例中，基板可具有从约100微米至约300微米的范围内的厚度。

[0034] 根据另一些实施例并且如图1所示，可对基板20的与第一层30相邻的表面22进行机械处理，以改善基板20和第一层30之间的粘合力。例如，对基板20的表面22进行的机械处理可包括对基板20的表面22进行喷砂或机械蚀刻。

[0035] 根据另一些实施例，基板20的表面22可具有特定的表面粗糙度(Rrms)。例如，表面22可具有至少约1nm，诸如至少约2nm、至少约3nm、至少约4nm、至少约5nm、至少约10nm、至少约50nm或甚至至少约100nm的粗糙度。根据另一些实施例，表面22可具有不大于约200nm，诸如不大于约180nm、不大于约160nm、不大于约140nm或甚至不大于约120nm的粗糙度。应当理解，表面22可具有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值的表面粗糙度。还应当理解，表面22可具有介于上述任何最小值和最大值之间的任一值的厚度。

[0036] 再次参考图1，第一层30可设置于基板20之上。例如，第一层30可设置在基板20和第二层40之间。

[0037] 根据特定实施例，第一层30可含有以下材料中的一种或多种，并且第一层中所含有的一种或多种材料可具有以下特性中的一个或多个或甚至全部。

[0038] 根据某些实施例，第一层30可包含无机材料，诸如氧化物、金属氧化物、透明金属氧化物、电介质化合物或其组合。根据特定实施例，第一层30可为电介质层，该电介质层可含有电介质材料。根据某些实施例，特定的电介质材料可包括金属氧化物。根据另一些实施例，金属氧化物可包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉或其任何组合。例如，合适的金属氧化物可为氧化铝锌(AZO)、氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、氟锡氧化物(FTO)或其任何组合。在非常特定的实施例中，第一层可含有AZO。根据另一些实施例，第一层可为AZO层。

[0039] 根据某些实施例，第一层30可包含结晶材料。根据另一些实施例，第一层30可包含多晶材料。

[0040] 根据另一些实施例，第一层30可基本上不含有碳。根据另一些实施例，第一层30可基本上不含有石墨形式的碳。

[0041] 根据另一些实施例，第一层可包含特定含量的无机材料。例如，第一层可包含占第一层的总重量的至少约50wt.％的无机材料，诸如占第一层的总重量的至少约55wt.％、至少约60wt.％、至少约65wt.％、至少约70wt.％、至少约75wt.％、至少约80wt.％、至少约85wt.％、至少约90wt.％、至少约95wt.％的无机材料。根据另一些实施例，第一层可包含占第一层的总重量的不大于约100wt.％，诸如不大于约99wt.％、不大于约95wt.％、不大于约
90wt.％、不大于约85wt.％、不大于约80wt.％、不大于约75wt.％的无机材料。应当理解，第一层中的无机材料的总含量可为上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值。应当进一步理解，第一层中的无机材料的总含量可为介于上述任何最小值和最大值之间的任一值。

[0042] 根据另一些实施例，第一层30可具有特定厚度。例如，第一层30可具有不大于约20nm，诸如不大于约17nm、不大于约15nm、不大于约13nm、不大于约10nm、不大于约7nm或甚至不大于约5nm的厚度。根据另一些实施例，第一层30可具有至少约1nm，诸如至少约2nm、至少约3nm、至少约4nm或甚至至少约5nm的厚度。应当理解，第一层30的厚度可为上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值。应当进一步理解，第一层30的厚度可为介于上述任何最小值和最大值之间的任一值。

[0043] 根据另一些实施例，第一层30可基本上由金属氧化物组成。本文所用短语“基本上由金属氧化物组成”是指至少95原子％的金属氧化物。

[0044] 再次参考图1，第二层40可含有以下材料中的一种或多种，并且第二层中所含有的一种或多种材料可具有以下特性中的一个或多个或甚至全部。

[0045] 根据特定实施例并且如本文所述，第二层40可包含钌。根据另一些实施例，第二层可为钌层。

[0046] 根据另一些实施例，第二层40可包含结晶材料。根据另一些实施例，第二层40可包含多晶材料。根据其他实施例，第二层40的钌可为结晶材料。根据另一些实施例，第二层40的钌可为多晶材料。

[0047] 根据另一些实施例，第二层40可具有六边形致密结晶结构。根据另一些实施例，第二层40的钌材料可具有六边形致密结晶结构。

[0048] 根据某些实施例，第二层40可称为膜。根据另一些实施例，第二层40可称为薄膜。

[0049] 根据某些实施例，第二层40可具有特定厚度。例如，第二层40可具有至少约10nm，诸如至少约15nm、至少约20nm、至少约25nm、至少约30nm、至少约35nm、至少约40nm、至少约45nm或甚至至少约50nm的厚度。根据另一些实施例，第二层40可具有不大于约150nm，诸如不大于约140nm、不大于约130nm、不大于约120nm、不大于约110nm或甚至不大于约100nm的厚度。应当理解，第二层40的厚度可为上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值。应当进一步理解，第二层40的厚度可为介于上述任何最小值和最大值之间的任一值。

[0050] 根据另一些实施例，第二层40可具有特定总厚度变化(TTV)。例如，第二层40可具有不大于约15nm，诸如不大于约10nm、不大于约8nm、不大于约6nm、不大于约5nm或甚至不大于约4nm的TTV。本文所用TTV为沿着横跨该层的长度和宽度的平方毫米段的最大厚度值和最小厚度值之间的差值。

[0051] 根据另一些实施例，可通过电极具有的特定性能，来描述电极的各方面，诸如具有特定的可见光透射率(VLT)。VLT为透射通过复合物或层的可见光谱量(380至780纳米)的量度，并且如本文所述，以百分比表示。VLT可根据ISO 9050标准来测量。尽管ISO 9050涉及玻璃，但在膜以胶带或其他方式粘附到透明基板的情况下可以使用相同的程序。

[0052] 根据特定实施例，第二层40可具有特定VLT。例如，第二层40可具有不大于约70％，诸如不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％、不大于约25％、不大于约20％、不大于约15％、不大于约10％、不大于约5％、不大于约4％、不大于约3％、不大于约
2％或不大于约1％的VLT。根据另一些实施例，第二层40可具有至少约1％，诸如至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％或甚至至少约10％的VLT。应当理解，第二层40可具有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值的VLT。应当进一步理解，第二层40可具有介于上述任何最小值和最大值之间的任一值的VLT。

[0053] 根据某些实施例，第二层40的VLT可与第二层40的厚度相关，诸如成反比例。换言之，在某些实施例中，随着第二层40的厚度的增加，第二层40的VLT可能趋于减小。

[0054] 根据其他实施例，第二层40可含有特定含量的钌。例如，第二层40可含有占第二层40的总重量的至少约50wt.％的量的钌，诸如占第二层40的总重量的至少约60wt.％、至少约70wt.％、至少约80wt.％、至少约90wt.％、至少约99wt.％的量的钌。根据另一些实施例，第二层40可含有占第二层40的总重量的不大于约99wt.％的量的钌，诸如占第二层40的总重量的不大于约95wt.％或甚至不大于约90wt.％的量的钌。应当理解，第二层40可含有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值的量的钌。应当进一步理解，第二层40可含有介于上述任何最小值和最大值之间的任一值的量的钌。

[0055] 根据另一些实施例，第二层40可含有基本上纯的金属，或在其他实施例中，可含有金属合金。本文所用“基本上纯的金属”是指含有可能杂质的量小于约5原子％的金属氧化物。

[0056] 根据其他实施例，第二层40可具有特定电导率。例如，第二层40可具有不大于15x10-6Ohm.cm，诸如不大于13x10-6Ohm.cm、不大于11x10-6Ohm.cm、不大于10x10-6Ohm.cm、不大于9x10-6Ohm.cm、不大于8x10-6Ohm.cm、不大于7x10-6Ohm.cm或甚至不大于6x10-6Ohm.cm的电导率。根据另一些实施例，第二层40可具有至少约1x10-6Ohm.cm，诸如至少约2x10-
6Ohm.cm、至少约3x10-6Ohm.cm或甚至至少约4x10-6Ohm.cm的电导率。应当理解，第二层40可具有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值的电导率。应当进一步理解，第二层40可具有介于上述任何最小值和最大值之间的任一值的电导率。

[0057] 根据另一些实施例，第二层40可具有特定晶体取向比(COR)。出于本文描述的实施例的目的，第二层40的COR可根据从第二层测得的X射线衍射(即Bragg-Brentano几何)图来计算，并且可等于图中在42°时的峰值强度除以在44°时的峰值强度。例如，第二层40可具有不大于约20的COR。

[0058] 根据另一些实施例，第一层30和第二层40可具有特定的结晶结构失配。材料或层的晶体结构(即给定类型的晶体内的原子排列)可以其最简单的重复单元(称为单元格)来描述，该单元格具有单元格边缘长度a、b和c(称为晶格参数)，其中a为较短的晶格参数。在这种情况下，具有较短晶格参数(a1)的第一层30和具有较短晶格参数(a2)的第二层40之间的晶体结构失配可通过以下公式来定义：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98，诸如至少约0.99或甚至至少约1.0的值。根据另一些实施例，具有较短晶格参数(a1)的第一层和具有较短晶格参数(a2)的第二层之间的晶体结构失配可通过以下公式来定义：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示不大于1.02的值。应当理解，定义晶体结构失配的公式的x值可以是在上述任何最小值和最大值之间的范围内的任一值。应当进一步理解，定义晶体结构失配的公式的x值可以是介于上述任何最小值和最大值之间的任一值。

[0059] 例如，金的晶体结构为面心立方体(fcc)，并且其晶格参数a为0.408nm。由于金的晶体结构为立方体，因此它可能仅具有一个晶格参数。在环境条件下，ZnO主要以纤锌矿形式结晶。纤锌矿形式的ZnO的晶格参数为a＝0.325nm并且c＝0.520nm。当该形式取向成所谓的(002)取向时，表面可具有与当金晶体取向成所谓的(111)取向时金的原子距离相似的原子距离。即，([sqrt(2)/2]x aAu)～aZnO，其对应于0.29nm～0.33nm。即使当Al原子嵌入网络中时，AZO(＝ZnO:Al)的效应也是相似的。在非常特定的实施例中，AZO和金可分别用作第一层和第二层。

[0060] 另一方面，如果Au沉积在另一电介质(诸如TiOx)上，则异质外延效应是无效的，因为晶体结构之间的失配很高。例如，当TiOx通过磁控溅射而不进行热处理来沉积时，材料可以是非晶的(在这种情况下无特定次序)或者可具有金红石晶体结构。金红石晶体结构具有体心四方体单元格，其中a＝b＝0.458nm并且c＝0.295nm。在某些实施例中，从该结构来看，无论取向如何，TiOx看上去都不具有与Au单元格的晶体结构密切匹配的晶体结构。在特定实施例中，第一层可不含氧化锡。

[0061] 根据另一些实施例，根据本文所述的实施例形成的电极可进一步包括覆盖在第一层和第二层之上的第三层。根据某些实施例，第三层可包含金(Au)。根据另一些实施例，第三层可为金层。根据另一些实施例，第三层可包含钯(Pd)。根据另一些实施例，第三层可为钯层。

[0062] 本文还描述了电化学传感器。根据特定实施例，电化学传感器可适用于通过传感器内的电化学氧化和还原反应来检测分析物的存在和/或测量分析物的浓度。这些反应可转换成电信号，该电信号可与分析物的量或浓度相关。在某些实施例中，电化学传感器可为生物传感器测试条。

[0063] 根据另一些实施例，测试条可包括底部基板、间隔层、覆盖层或其任何组合。底部基板可包括电极系统，并且该电极系统可包括在样本接收室内的一组测量电极(例如，至少一个工作电极和一个对电极)。根据特定实施例，电极系统中的一个或多个电极可包括如本文所述的电极。

[0064] 另外，在特定实施例中，测试条的间隔层可限定在底部基板和覆盖层之间延伸的样本接收室。样本接收室可适于使得样本流体可进入室并放置成与工作电极和对电极两者电解接触。这种接触可允许电流在测量电极之间流动，从而影响分析物的电氧化或电还原。在非常特定的实施例中，样本流体可为血液样本，诸如人血液样本，并且传感器可适于测量此样本中的葡萄糖水平。

[0065] 此外，合适的试剂系统可覆盖样本接收室内的电极或电极对的至少一部分。试剂系统可包括用于增强试剂性能或特性的添加剂。例如，添加剂可包含有助于试剂组合物放置到测试条上并提高其与测试条的粘附性，或用于增大样本流体对试剂组合物的水合速率的材料。另外，添加剂可包括选择出的用以增强所得干燥试剂层的物理性能，以及用以增强对用于分析的液体测试样本的摄取的组分。在某些实施例中，添加剂可包括增稠剂、粘度调节剂、成膜剂、稳定剂、缓冲剂、清洁剂、胶凝剂、填充剂、破膜剂、着色剂、赋予触变性的试剂或其任何组合。

[0066] 在另外的实施例中，覆盖层可适于形成样本接收室的顶表面。此外，覆盖层可适于提供亲水表面以有助于获取测试样本。在特定实施例中，覆盖层可限定通风口，当样本流体进入并移动到样本接收室中时，该通风口使得空气从样本接收室的内部逸出。

[0067] 根据某些实施例，如本文所述的电极可根据任何适当的方法来形成。一般来讲，电极的形成包括：如本文所述提供基板；如本文所述沉积第一层；以及如本文所述沉积第二层。例如，第一层可沉积在基板上方，并且第二层可沉积在第一层上方。在某些实施例中，第一层可直接沉积到基板上。在另一些实施例中，第二层可直接沉积到第一层上。

[0068] 根据另一些实施例，该方法可包括通过物理气相沉积(诸如溅射或甚至磁控溅射)来沉积这些层中的一个或多个。根据某些实施例，第一层30可利用或不利用退火来沉积。在某些实施例中，第一层30可不利用退火来沉积。形成第一层30所用的材料可具有标准沉积速率。

[0069] 根据另一些实施例，第一层30和第二层40可通过卷对卷处理来沉积。卷对卷处理是指从一卷柔性材料开始施加涂层的过程，并在该过程之后重新卷绕以构建输出卷。在某些实施例中，卷对卷工艺可包括使用两个阴极(诸如同时使用两个阴极)来沉积第一层和第二层。

[0070] 根据另一些实施例，第二层40可在特定压力下沉积。例如，第二层40可在不大于约3mTorr，诸如不大于约2.8mTorr、不大于约2.5mTorr、不大于约2.3mTorr或甚至不大于约
2.0mTorr的压力下沉积。根据特定实施例，第二层40可在上述任何值之间的任何压力下沉积。

[0071] 本文所述方法的实施例可增加制备时间并改善如本文所述涂层的TTV。在某些实施例中，与形成无第一层30(具体地为电介质层)的类似电极的常规方法相比，该方法可将制备时间增加10％。

[0072] 本公开代表了与现有技术的不同之处。具体地，至今仍未知如何形成能够提供性能特性，特别是本文所述性能特性组合的电极。例如，本公开示出了具有电介质层和包含钌的层的各种电极，所述层具有特定的结晶结构、晶体取向比或晶格参数失配。已经意想不到地发现，如本文所详细描述的此类构造表现出显著优异的薄片电阻，这是相对于其厚度迄今为止所无法实现的。引入如本文所述的第一层可以改善电极的质量。例如，与无第一层的电极相比，可以改善薄片电阻，或在保持相同的薄片电阻的情况下减少第二层所用材料(特别是像金这样的昂贵金属)的量。借鉴下面描述的实施例，可以更好地理解这些概念，这些实施例说明而不限制本发明的范围。

[0073] 许多不同的方面和实施例都是可能的。下面描述了那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一项或多项。

[0074] 实施例1.一种电极，其包括：基板；第一层，所述第一层包含无机材料；以及第二层，所述第二层包含钌，其中所述第二层具有六边形致密结晶结构，并且其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间。

[0075] 实施例2.一种电极，其包括：基板；第一层，所述第一层包含无机材料；以及第二层，所述第二层包含钌，其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间，并且其中所述第二层具有至少约20的晶体取向比。

[0076] 实施例3.一种电极，其包括：基板；以及第一层，所述第一层包含无机材料，所述无机材料具有较短的晶格参数a1；以及第二层，所述第二层包含钌，所述钌具有较短的晶格参数a2，其中a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

[0077] 实施例4.一种生物传感器测试条，其包括：电极系统，所述电极系统包括电极，所述电极包括：基板；第一层，所述第一层包含无机材料；以及第二层，所述第二层包含钌，其中所述第二层具有六边形致密结晶结构，并且其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间。

[0078] 实施例5.一种形成电极的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板上沉积第一层，其中所述第一层包含无机材料；以及在所述第一层上沉积第二层，其中所述第二层包含钌，其中所述第二层具有六边形致密结晶结构，并且其中所述第一层设置在所述基板和所述第二层之间。

[0079] 实施例6.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有至少约2.0Ohm/sq的薄片电阻。

[0080] 实施例7.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述无机材料包括结晶材料或多晶材料。

[0081] 实施例8.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述无机材料包括氧化物、金属氧化物、透明氧化物、透明金属氧化物、电介质化合物及其任何组合。

[0082] 实施例9.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述无机材料包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉及其任何组合。

[0083] 实施例10.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述无机材料包括氧化铝锌(AZO)、氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、氟锡氧化物(FTO)及其任何组合。

[0084] 实施例11.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述无机材料包括氧化铝锌(AZO)。

[0085] 实施例12.根据实施例1、2、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层的所述无机材料具有较短的晶格参数a1，并且所述第二层的金属具有较短的晶格参数a2，其中a1和a2满足以下公式：5/6*(a1/a2)＝x，其中x表示至少约0.98且不大于约1.02的值。

[0086] 实施例13.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层不含有氧化锡。

[0087] 实施例14.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层不含有碳。

[0088] 实施例15.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层包含占所述第一层的重量100％、不大于约99％、不大于约95％、不大于约90％、不大于约85％、不大于约80％、和不大于约75％的量的无机材料。

[0089] 实施例16.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层包含占所述第一层的重量至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％和至少约95％的量的无机材料。

[0090] 实施例17.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层具有不大于约20nm、不大于约17nm、不大于约15nm、不大于约13nm、不大于约10nm、不大于约7nm和不大于约5nm的厚度。

[0091] 实施例18.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层具有至少约1nm、至少约2nm、至少约3nm、至少约4nm和至少约5nm的厚度。

[0092] 实施例19.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层(或所述包含金属的层)的所述金属包含结晶材料和多晶材料。

[0093] 实施例20.根据实施例2、3和4中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层的所述金属具有六边形致密结晶结构。

[0094] 实施例21.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层(或所述包含金属的层)具有不大于约70％、不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％、不大于约25％、不大于约20％、不大于约15％、不大于约10％、不大于约5％、不大于约4％、不大于约3％、不大于约2％和不大于约1％的可见光透射率。

[0095] 实施例22.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层(或所述包含金属的层)具有至少约10％、至少约5％、至少约4％、至少约3％、至少约2％和至少约1％的可见光透射率。

[0096] 实施例23.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层为膜或薄膜。

[0097] 实施例24.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层的所述金属具有60％至100％、65％至95％、70％至90％和75％至85％的纯度。

[0098] 实施例25.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述电极具有至少约2.0Ohm/sq的薄片电阻。

[0099] 实施例26.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有至少约10nm、至少约15nm、至少约20nm、至少约25nm、至少约30nm、至少约35nm、至少约40nm、至少约45nm和至少约50nm的厚度。

[0100] 实施例27.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有不大于约150nm、不大于约140nm、不大于约130nm、不大于约120nm、不大于约110nm和不大于约100nm的厚度。

[0101] 实施例28.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有10nm至150nm、20nm至70nm、30nm至60nm、40nm至50nm和35nm至45nm的厚度。

[0102] 实施例29.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有不大于约25x 10-6Ohm.cm、不大于约24x 10-6Ohm.cm、不大于约23x 10-6Ohm.cm和不大于约22x 10-6Ohm.cm和不大于约21x 10-6Ohm.cm的电阻率。

[0103] 实施例30.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第二层具有至少约15x 10-6Ohm.cm、至少约16x 10-6Ohm.cm、至少约17x 10-6Ohm.cm和至少约18x10-6Ohm.cm的电阻率。

[0104] 实施例31.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述基板包含聚合物、柔性聚合物和透明聚合物。

[0105] 实施例32.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述基板包含聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、三醋酸纤维素(TCA或TAC)、聚氨酯及其任何组合。

[0106] 实施例33.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述基板包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

[0107] 实施例34.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述基板具有至少约50微米、至少约45微米、至少约40微米、至少约35微米、至少约30微米、至少约25微米、至少约20微米、至少约15微米、至少约10微米、至少约5微米和至少约1微米的厚度。

[0108] 实施例35.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述基板具有不大于约500微米、不大于约200微米、不大于约100微米、不大于约90微米、不大于约80微米、不大于约75微米、不大于约70微米、不大于约65微米、不大于约60微米、不大于约55微米和不大于约50微米的厚度。

[0109] 实施例36.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层直接接触所述基板，所述第一层直接接触所述第二层，并且所述第一层直接接触所述基板和所述第二层。

[0110] 实施例37.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述电极进一步包括覆盖所述第一层和所述第二层的第三层。

[0111] 实施例38.根据实施例37所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第三层包含Au。

[0112] 实施例39.根据实施例37所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第三层包含Pd。

[0113] 实施例40.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述第一层和所述第二层包括外延层，其中所述第一层包括生长垫层并且所述第二层包括金属覆层，其中所述金属覆层包含Au或Pd。

[0114] 实施例41.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述电极进一步包括包含化学溶液的层。

[0115] 实施例42.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述电极进一步包含酶、介体及其任何组合。

[0116] 实施例43.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述(第一)电极对葡萄糖具有反应性。

[0117] 实施例44.根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的电极、生物传感器测试条、复合物和方法，其中所述电极为工作电极。

[0118] 实施例45.根据实施例4所述的生物传感器测试条，其中所述电极系统进一步包括对电极。

[0119] 实施例46.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层直接沉积到所述基板上，所述包含所述金属的层直接沉积到电介质层上，或两者。

[0120] 实施例47.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层通过溅射沉积，所述第二层通过溅射沉积，或两者。

[0121] 实施例48.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层和所述第二层使用卷对卷涂布机同时沉积。

[0122] 实施例49.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层的所述无机材料具有标准沉积速率。

[0123] 实施例50.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层不利用退火来沉积。

[0124] 实施例51.根据实施例5所述的方法，其中所述第一层在低压下沉积。

[0125] 实施例52.根据实施例5所述的方法，其中所述第二层在不大于约3mTorr的压力下沉积。

[0126] 实例

[0127] 实例1

[0128] 通过在玻璃基板上沉积来自陶瓷靶材的掺铝氧化锌(AZO)层和钌(Ru)层，形成六个样本电极S1-S6。样本电极S1-S6具有玻璃/AZO/Ru的叠堆构型。通过批次式磁控溅射沉积机在玻璃基板上形成AZO层和Ru层，其中在靶材上施加低功率密度。相应实例的AZO层和Ru层的厚度列于表1中。

[0129] 形成对比样本电极CS1-CS7，用于与样本电极S1-S6进行性能比较。对比样本电极CS1具有玻璃/Ru的叠堆构型。相应对比样本CS1的Ru层的厚度列于表1中。对比样本电极CS2-CS7具有玻璃/Ru/AZO的叠堆构型。相应实例的AZO层和Ru层的厚度列于表1中。

[0130] 测量每个样本电极S1-S6和对比样本电极CS1-CS7，以确定电极的薄片电阻。使用Nagy设备根据电磁非接触方法进行测量。结果见下表1。

[0131] 表1

[0132]

[0133] 表1中的结果证实，在宽范围的钌厚度和两个不同的沉积压力下，AZO垫层有助于显著降低电阻率。

[0134] 实例2

[0135] 通过在PET基板上沉积来自陶瓷靶材的掺铝氧化锌(AZO)层和钌(Ru)层，形成三个样本电极S7-S9。样本电极S1-S6具有PET/AZO/Ru的叠堆构型。通过批次式磁控溅射沉积机在PET基板上形成AZO层和Ru层，其中在靶材上施加低功率密度。相应实例的AZO层和Ru层的厚度列于表2中。此外，施加于每个Ru层的沉积压力也列于表2中。

[0136] 形成三个对比样本电极CS8-CS10，用于与样本电极S7-S9进行性能比较。对比样本电极CS8-CS10具有PET/Ru的叠堆构型。相应对比样本CS8-CS10的Ru层的厚度列于表2中。此外，施加于每个Ru层的沉积压力也列于表2中。

[0137] 表2

[0138]

[0139] 表2证实，当沉积在PET基板上时，在宽范围的钌厚度和三个不同的沉积压力下，AZO垫层有助于显著降低电阻率。

[0140] 实例3

[0141] 通过在玻璃基板上沉积来自陶瓷靶材的掺铝氧化锌(AZO)层和钌(Ru)层，形成两个样本电极S10和S11。样本电极S10和S11具有玻璃/AZO/Ru的叠堆构型。通过批次式磁控溅射沉积机在PET基板上形成AZO层和Ru层，其中在靶材上施加低功率密度。相应实例的AZO层和Ru层的厚度列于表3中。

[0142] 形成两个对比样本电极CS11和CS12，用于与样本电极S10和S11进行性能比较。对比样本电极CS11和CS12具有玻璃/Ru的叠堆构型。相应对比样本CS11和CS12的Ru层的厚度列于表3中。

[0143] 表3

[0144]

[0145] 图2a是将样本电极S10和对比样本电极CS11的X射线衍射图进行比较的图表。图2a表明，AZO垫层的添加强烈地增加了在42°时的峰值强度，这意味着结晶度更高的钌层。在包括AZO垫层的样本电极S10的衍射图上，在44°时的峰值几乎消失。图2a还表明，通过添加AZO，微晶已取向为相同方向。在无任何垫层的对比样本电极CS11的衍射图中，存在两种不同的取向。这意味着在样本电极CS11内存在较高的相对无序，导致电阻率较高。

[0146] 图2b是将样本电极S11和对比样本电极CS12的X射线衍射图进行比较的图表。图2b表明，当添加了AZO垫层时，微晶的主要优先取向会切换。相对于对比样本电极CS12的衍射图，样本电极S11的衍射图显示在44°时的峰值减小，并且在42°时的峰值强烈增加。此外，具有AZO垫层的样本电极S11的衍射光谱接近于在1.5mTorr下沉积的Ru层的衍射光谱。这与在电极中使用AZO垫层时发生的电阻率的降低相一致。

[0147] 需注意，并非所有上述一般说明或实例中的活动都是必需的，具体活动的一部分不是必需的，并且除了所描述的那些活动以外，还可执行一个或多个进一步的活动。此外，所列活动的次序不一定是执行它们的次序。

[0148] 上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。

[0149] 本文所述实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为示例性的而非限制性的。

标题	发布/更新时间	阅读量
气体扩散电极-专利编号CN1831196A	2020-05-11	730
电极的制造方法-专利编号CN107925053A	2020-05-11	51
电芬顿电极组-专利编号CN208166642U	2020-05-11	163
方石墨电极-专利编号CN201007612Y	2020-05-11	413
一种电极螺纹-专利编号CN200983404Y	2020-05-13	99
一种电极挤压机-专利编号CN210257388U	2020-05-12	554
电极取样装置-专利编号CN202166548U	2020-05-12	882
电解水电极组-专利编号CN208104565U	2020-05-12	191
抗氧化炭电极-专利编号CN201878362U	2020-05-13	344
一种增强型复合石墨电极壳及电极-专利编号CN203399332U	2020-05-13	817

电极及电极制造方法

电极及电极制造方法

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