1. 簡介
SECM150電化學(xué)工作站分辨率很高，其最小步長可以低至50nm，這與Bio-Logic的SECM探針性能匹配。SECM150的掃描速率較快，可以在不產(chǎn)生額外的掃描質(zhì)量損失的情況下較快的獲得測量結(jié)果。SECM150的較高分辨率使其成為研究微米尺度的理想工具。
本文采用SECM150電化學(xué)工作站測量了標(biāo)準(zhǔn)金樣品上的氣孔尺度低于1?m的膜，測量面積為10?m×10?m的區(qū)域，分辨率為1?m。
2. 方法
采用SECM150的產(chǎn)生-收集模式dc-SECM測試標(biāo)準(zhǔn)金樣品上的聚碳酸酯多孔膜，分別測試了兩個不同的類型：帶有12?m孔的Cyclopore膜（PC12）和帶有1?m孔的Nucleopore膜（PC1）。用透明指甲油將膜固定在金樣品的樹脂上，光亮面朝上。去除膜與金樣品之間的空氣間隙，膜與金-樹脂邊界有一個小的縫隙。用塑料吸管摩擦，去除電解質(zhì)中的空氣。
在5×10-3molL-1 K3[Fe(CN6)]的0.1molL-1 KCl溶液中測試PC12膜。探針直徑1?m，施加偏置電壓0.65V vs. SCE。金的偏置電壓為-0.25V vs. SCE。Pt片作對電極。通過逼近曲線確定探針z軸位置。設(shè)置如下：
PC12：
步長：0.35?m
速率：1?m/s
采集數(shù)據(jù)預(yù)停留時間：0.5s
采集數(shù)量：100
采集速率：1000Hz
反向步長：無
PC12膜的面掃描范圍為100×100?m2內(nèi)的201×201個點。
在5×10-3molL-1 K3[Fe(CN6)]的0.1molL-1 KCl溶液中測試PC1膜。探針直徑0.5?m，金的偏置電壓0.65V vs. SCE，探針的偏置電壓為-0.25V vs. SCE。Pt片作對電極。通過逼近曲線確定探針z軸位置。設(shè)置如下：
PC1：
步長：0.25?m
速率：0.5?m/s
采集數(shù)據(jù)預(yù)停留時間：0.1s
采集數(shù)量：100
采集速率：1000Hz
反向步長：0.1?m
PC1膜進(jìn)行了一系列小面積掃描，包括25×25、10×10、5×5、3×3?m2。前三種包含101×101個點，3×3?m2包含61×61個點。
3. 結(jié)果
采用SECM測試Au上面的PC12膜，結(jié)果如圖1所示?？梢钥吹皆S多高電流點?？梢詮膱D中看到絕緣的聚碳酸酯和其下的導(dǎo)電的Au的明顯差異。當(dāng)探針經(jīng)過一個膜孔時，Au產(chǎn)生電活性分子，此為[Fe(CN)6]4-，探針可以檢測到。圖2為其中一點的截面，半高全寬（FWHM）約12?m，這與該產(chǎn)品的銷售數(shù)據(jù)一致。
圖1 PC12膜的SECM面掃描結(jié)果
圖2 PC12的SECM測試結(jié)果中的一個點的截面圖
圖3為PC1的一條逼近曲線。測得的最終z軸位置可以用于設(shè)置面掃描探針位置。圖4為Au樣品上的PC1的一系列的四個面掃描結(jié)果。圖中虛線框是下次面掃描的位置。除了3×3?m2面掃描，其他的面掃描步長都減小了，以提高分辨率。與PC12一樣，從Au到電解液產(chǎn)生了一些特定的點。基于Au，產(chǎn)生更多的[Fe(CN)6]4-，信號增強。圖5中半高全寬與該產(chǎn)品的銷售數(shù)據(jù)一致。
圖3 PC1膜的SECM逼近曲線
圖4 PC1的SECM測試結(jié)果
圖5 PC1的SECM測試結(jié)果中的一個點的截面圖
表1 快速掃描和慢速掃描的優(yōu)點
圖6 0.5μm探針在5×10-3mol L-1K3[Fe(CN6)]的0.1mol L-1KCl溶液中的CV曲線
結(jié)論
用戶可以采用SECM150電化學(xué)工作站結(jié)合微米尺寸探針測試微米尺寸的特性。本文測試了兩種不同的聚碳酸酯薄膜。通過先測試較大區(qū)域，然后可以選擇單個區(qū)域集中測試，也可以提高分辨率。
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