一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备及应用，属于新型功能材料与生物传感器检测技术领域。制备方法步骤包括：水热合成法、自动喷涂法、化学气相沉积法。本发明专利技术以导电玻璃（ITO）作为基底，氧化锌纳米花喷涂到ITO上，并在其表面沉积石墨烯。制备出的石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极应用于生物传感器领域，具有高的灵敏度，良好的选择性好、重复性和稳定性好等优点，解决了现有材料在生物感器中检测左旋多巴灵敏度较低的问题。

Preparation and application of a graphene / Zinc Oxide nanoflower /ITO electrode

The invention relates to the preparation and application of graphene / Zinc Oxide nano flower /ITO electrode, which belongs to the field of new functional materials and biosensor detection technology. The preparation steps include hydrothermal synthesis method, automatic spraying method and chemical vapor deposition method. The conductive glass (ITO) is used as the substrate, and the Zinc Oxide nano flower is sprayed onto the ITO, and graphene is deposited on the surface of the conductive glass. The prepared graphene / Zinc Oxide nanoflower /ITO electrodes for biosensor field has high sensitivity, good selectivity, good repeatability and stability, solve the existing material in the biological sense of levodopa low sensitivity detection device.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备及应用
本专利技术涉及一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备及其应用。
技术介绍
氧化锌是一种II-VI族半导体材料，氧化锌纳米线具有形貌可控的且易合成的优点，具有优异的生物兼容性，化学稳定性外，可以在生物传感器检测生物分子时提供了直接，快速的电子通道。而由纳米线组成的三维结构的氧化锌纳米花具有大的孔隙率和更大的比表面积，且与与溶液的接触面积更大。常用的合成氧化锌纳米花的方法是水热合成法，该方法具有成本低，合成过程简单的优势。石墨烯是一种只有单层原子厚度的二维碳材料，具有优异的导电性，机械性能和化学稳定性，在生物医学，传感器，超级电容器等领域有着广泛的应用。自从2004年发现石墨烯后，目前主要制备方法有机械剥离法，化学气相沉积法和还原氧化石墨法。其中，化学汽相沉积法适合制备结构完整、高质量的石墨烯。帕金森病是一种常见的神经系统变性疾病，最主要的病理改变是中脑黑质多巴胺能神经元的变性死亡，由此引起多巴胺含量显著减少而致病。左旋多巴（L-dopa）又名左多巴，可以通过血脑障碍且在芳香族氨基酸脱羧酶的作用下生成多巴胺，以弥补脑部多巴胺的不足，是一种抗震颤麻痹药，主要用来治疗帕金森疾病。但是，人体内左旋多巴含量过多会产生毒副作用。所以，准确的检测左旋多巴在人体内的含量具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决氧化锌纳米花高等电点易吸附生物分子，还有其低的电导性，在生物传感器应用时灵敏度低的问题。通过水热法制备出氧化锌纳米花然后用自动喷涂法将氧化锌纳米花喷涂在ITO上，最后用化学气相沉积法在氧化锌纳米花表面沉积一层石墨烯，获得石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极，用于检测左旋多巴。本专利技术提供的一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备方法是按以下步骤进行：一、水热合成法1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.03mol/L～0.07mol/L的硝酸锌溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的氨水溶液和3mmol/L～7mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min得到水热反应溶液；2）将步骤一1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～120℃的温度条件下反应10～14h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3h得到氧化锌纳米花；二、自动喷涂法1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌纳米花悬浊液；2）ITO分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥，将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；3）将分散均匀的氧化锌纳米花悬浊液置于喷枪中，采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10psi进气压下进行，喷嘴到ITO的距离为15cm，加热盘温度为100℃，喷涂过程中氧化锌纳米花悬浊液用微型搅拌器不断搅拌；三、化学气相沉积法将步骤二3）中得到的氧化锌纳米花/ITO电极放置在石英管式炉出气口一侧，在氩气保护下从室温以10℃/min~20℃/min的升温速率加热到900℃~1100℃，在900℃~1100℃条件下保温40min~60min，在温度为900℃~1100℃时向管式炉中以10sccm~20sccm的速率通入甲烷气体，然后将石英管式炉以10℃/min~20℃/min的冷却速率从900℃~1100℃冷却至室温，得到石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极，其中步骤三所述的氩气的流速为450sccm~550sccm。本专利技术的优点：1）本专利技术采用水热合成法制备出氧化锌纳米花，然后将氧化锌与去离子水混合后喷涂到ITO玻璃上，最后用化学气相沉积法在氧化锌纳米花表面沉积石墨烯，获得一种高比表面积、高导电性的石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极;2）本专利技术制备出的氧化锌纳米花材料在保持了原来氧化锌优异的生物相容性和直接、快速的电子通道外，氧化锌纳米花大的比表面积，使其与溶液的接触面积变大，同时利用化学气相沉积法在氧化锌表面包覆石墨烯弥补了氧化锌纳米花本身低的电导性和生物吸附性，提高了其电化学性能，使得电化学检测左旋多巴的灵敏度达到0.32μA·μM-1。附图说明：图1是试验制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；图2是试验制备出的石墨烯/氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；图3是石墨烯/氧化锌纳米花的能谱图；图4是石墨烯/氧化锌纳米花的拉曼图谱；图5是试验制备的石墨烯/氧化锌纳米花的差分脉冲伏安曲线；图6是差分脉冲法检测左旋多巴时左旋多巴浓度与氧化峰电流的线性拟合图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式中一种石墨烯/氧化锌纳米/ITO电极的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、水热合成法1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.03mol/L～0.07mol/L的硝酸锌溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的氨水溶液和3mmol/L～7mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min得到水热反应溶液；2）将步骤一1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～120℃的温度条件下反应10～14h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3h得到氧化锌纳米花；二、自动喷涂法1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌纳米花悬浊液；2）ITO分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥，将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；3）将分散均匀的氧化锌纳米花悬浊液置于喷枪中，采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10psi进气压下进行，喷嘴到ITO的距离为15cm，加热盘温度为100℃，喷涂过程中氧化锌纳米花悬浊液用微型搅拌器不断搅拌；三、化学气相沉积法将步骤二3）中得到的氧化锌纳米花/ITO电极放置在石英管式炉出气口一侧，在氩气保护下从室温以10℃/min~20℃/min的升温速率加热到900℃~1100℃，在900℃~1100℃条件下保温40min~60min，在温度为900℃~1100℃时向管式炉中以10sccm~20sccm的速率通入甲烷气体，然后将石英管式炉以10℃/min~20℃/min的冷却速率从900℃~1100℃冷却至室温，得到石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极，其中步骤三所述的氩气的流速为450sccm~550sccm。具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一1）中用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/氧化锌纳米花/TIO电极的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤进行的：一、水热合成法1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.03mol/L～0.07mol/L的硝酸锌溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的氨水溶液和3mmol/L～7mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min 的转速磁力搅拌3min～5min得到水热反应溶液；2）将步骤一1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～120℃的温度条件下反应10～14h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3h得到氧化锌纳米花；二、自动喷涂法1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌纳米花悬浊液；2）ITO分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥，将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；3）将分散均匀的氧化锌纳米花悬浊液置于喷枪中，采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10psi进气压下进行，喷嘴到ITO的距离为15cm，加热盘温度为100℃，喷涂过程中氧化锌纳米花悬浊液用微型搅拌器不断搅拌；三、化学气相沉积法将步骤二3）中得到的氧化锌纳米花/ITO电极放置在石英管式炉出气口一侧，在氩气保护下从室温以10℃/min~20℃/min的升温速率加热到900℃~1100℃，在900℃~1100℃条件下保温40min~60min，在温度为900℃~1100℃时向管式炉中以10 sccm~20sccm的速率通入甲烷气体，然后将石英管式炉以10℃/min~20℃/min的冷却速率从900℃~1100℃冷却至室温，得到石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极，其中步骤三所述的氩气的流速为450sccm~550sccm。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/氧化锌纳米花/TIO电极的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤进行的：一、水热合成法1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.03mol/L～0.07mol/L的硝酸锌溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的氨水溶液和3mmol/L～7mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min得到水热反应溶液；2）将步骤一1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～120℃的温度条件下反应10～14h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3h得到氧化锌纳米花；二、自动喷涂法1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌纳米花悬浊液；2）ITO分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥，将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；3）将分散均匀的氧化锌纳米花悬浊液置于喷枪中，采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10psi进气压下进行，喷嘴到ITO的距离为15cm，加热盘温度为100℃，喷涂过程中氧化锌纳米花悬浊液用微型搅拌器不断搅拌；三、化学气相沉积法将步骤二3）中得到的氧化锌纳米花/ITO电极放置在石英管式炉出气口一侧，在氩气保护下从室温以10℃/min~20℃/min的升温速率加热到900℃~1100℃，在900℃~1100℃条件下保温40min~60min，在温度为900℃~1100℃时向管式炉中以10sccm~20sccm的速率通入甲烷气体，然后将石英管式炉以10℃/min~20℃/min的冷却速率从900℃~1100℃冷却至室温，得到石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极，其中步骤三所述的氩气的流速为450sccm~550sccm。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化锌纳米花/ITO电极的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳红彦，王宝，高鑫，张宏杰，宋姗姗，关恩昊，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23