扫描电化学显微术构建金微、纳米图形及金图形的荧光表征法

论文摘要

第一章先就目前SECM沉积金的方法以及研究现状进行了较详细的综述。然后研究了一种SECM沉积金的新方法：使用SECM“直接模式”沉积Au。直接使用NaAuCl4溶液，以碳纤维微米探头作为对电极，半导体硅片作为工作电极。利用微米尺寸的对电极将电流限制在硅基底上很小的位置，从而使Au在基底上选择性沉积，得到Au的图形。用SECM产生／收集模式对沉积的金进行表征得到了SECM图像，还用扫描电子显微镜（SEM）表征得到SEM图。并将两表征结果进行了比较得到结论：用SECM产生／收集模式得到的金图形的直径约是其实际直径的6倍。第二章研究了一种新的表征金图形的方法。利用在金表面形成半胱胺的自组装膜，然后在半胱胺膜上接上荧光物质FITC，用落射荧光显微镜结合EMCCD对硅片成像。用这种方法得到了清晰的金的荧光图形。并把实验结果与用扫描电化学显微镜的产生／收集模式的表征结果进行了对比，得到用荧光法表征结果是物体实际大小的1.6倍。本章还就半胱胺溶液的浓度、溶剂以及FITC的浓度和反应时间进行了讨论，得到了最佳的实验条件。第三章共三部分内容：1．就SECM纳米电极的制作做了详细的综述。2．以一种新方法使完全绝缘的碳纤维纳米电极暴露出电极尖端的活性表面：将完全绝缘的尖端已刻蚀成锥形的纳米电极作为SECM探头，加+2.5 V电位，利用SECM精确控制探头移动，将探头由空气中缓慢地向有1×10-3mol／L NaOH溶液的电解池逼近，当探头与溶液接触时停止移动，探头与溶液间产生的瞬间电流能除去探头最尖端的绝缘层。通过此方法制作了半径4.5-576nm的碳纤维纳米电极，成功率为100％。碳纤维纳米电极在K3Fe（CN）6溶液中的循环伏安特性良好，氧化电流和还原电流均呈S形，且基本重合，说明纳米电极的内阻不大；作为SECM探头时的校正探头电流—距离曲线与理论曲线能够很好的拟合。3．将半径约35-300 nm的碳纤维纳米电极作为SECM的探头，利用硅基底刻蚀与金沉积相结合的办法在基底硅片上构建了金的纳米线。这一方法是将碳纤维纳米电极作为SECM的探头，将硅片固定在电解池底部作为基底，在电解池中加入KAu（CN）2、KF和NaNO2的混和液，然后在探头上加+1.5 V电位。溶液中的NO2-被氧化成NO3-，同时H2O释放出H+，H+在探头周围聚集，当H+累积到一定程度使探头附近溶液达到合适的pH时，引发以下反应：Si被F氧化生成SiF62-，基底Si被刻蚀；同时Au（CN）2-被还原成Au，Au就在Si基底上沉积。最后用扫描电子显微镜表征了构建的金图形，得到的金线的宽度约为50-500 nm。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号与缩写
• 第一章 扫描电化学显微术直接模式电化学方法沉积金
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 实验仪器
• 1.2.2 材料与试剂
• 1.2.3 实验方法
• 1.2.3.1 硅片的预处理
• 1.2.3.2 电解池及基底的制作
• 1.2.3.3 碳纤维圆盘微电极的制作
• 1.2.3.4 碳纤维圆盘微电极的表征
• 1.2.3.5 Ag/AgCl参比电极的制作
• 1.2.3.6 金微图形的构建
• 1.2.3.7 SECM产生/收集模式表征沉积的金
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 基底材料的选择
• 1.3.2 沉积金溶液pH的选择
• 1.3.3 作为对电极的探头材料的选择
• 1.3.4 沉积电位
• 1.3.5 碳纤维圆盘微电极半径的测定及RG值
• 1.3.5.1 碳纤维圆盘微电极半径α
• 1.3.5.2 碳纤维圆盘微电极的RG值
• 1.3.6 SECM探头与基底间距离的确定
• 1.3.6.1 沉积金时碳纤维电极与基底问的距离
• 1.3.6.2 表征金时金电极与基底间的距离
• 1.3.7 SECM表征沉积的Au时工作模式的选择
• 1.3.8 Au微米点的SECM图像
• 1.3.9 Au微米点的SEM图像
• 1.4 结论
• 1.5 参考文献
• 第二章 荧光法表征沉积在硅片上的金图形
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 材料与试剂
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 硅片的处理
• 2.2.3.2 盖玻片的清洗
• 2.2.3.3 微量加样器的制作
• 2.2.3.4 保湿盒的制作
• 2.2.3.5 在硅片上构建金的图形
• 2.2.3.6 硅片上金图形的荧光表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 在硅片上构建金的图形
• 2.3.2 半胱胺自组装实验条件的选择
• 2.3.3 FITC实验条件的选择
• 2.3.4 金图形的荧光表征法
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第三章 用碳纤维纳米电极构建金的纳米图形
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 材料与试剂
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 碳纤维纳米电极的制作
• 3.2.3.2 碳纤维纳米电极的表征
• 3.2.3.3 在硅基底上构建金的纳米图形
• 3.2.3.4 金纳米图形的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳纤维纳米电极的制作
• 3.3.1.1 电极的完全绝缘
• 3.3.1.2 电极尖端绝缘层的去除
• 3Fe（CN）₆溶液中的循环伏安曲线'>3.3.1.3 碳纤维纳米电极在K₃Fe（CN）₆溶液中的循环伏安曲线
• 3.3.2 碳纤维纳米电极在硅片上构建金的纳米图形
• 3.3.2.1 沉积金溶液的pH
• 3.3.2.2 沉积金时的电流变化曲线
• 3.3.2.3 构建金图形时纳米电极与基底间的距离
• 3.3.2.4 沉积金时电极的步进速度
• 3.3.2.5 硅片上金纳米图形的表征
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表