印刷丝网电极

印刷丝网电极（精选3篇）

印刷丝网电极 篇1

前言

开发具有实际应用能力的生物传感器及其相应的制备技术,是生物传感器研究的主要目的。丝网印刷技术的应用,使批量制备一次性电化学生物传感器电极成为可能,该方法工艺简单,成本低廉,适合于电极的工业化生产[1]。上世纪80年代以来,人们在基于丝网印刷电极的生物传感器的研究方面做大量工作[2,3]。

普鲁士蓝具有优良的电化学可逆性、稳定性,尤其是对过氧化氢具有高灵敏度的选择性电催化作用,被称为“人工过氧化物酶”[4,5]。通过比较简单的电沉积的方法,可以在不同材料的电极上得到普鲁士蓝膜层,不仅可以提高电极的灵敏度,还可将电极的工作电压降至0V左右,增强传感器的抗干扰能力。作为一种良好的生物兼容性材料,二氧化硅溶胶-凝胶被广泛用于酶或其它生物分子的固定,可有效保持酶的活性[6,7]。有机高分子掺杂改性后的溶胶-凝胶具有很好的成膜性和抗开裂等物理性能,在生物传感器的研究中被广泛应用[8]。本实验采用手动丝网印刷工艺制备电极,结合普鲁士蓝对过氧化氢的催化作用和溶胶-凝胶固定酶法的优势,以获得高灵敏度和稳定性的葡萄糖生物传感器。该传感器的工作电压为-0.05V,具有很好的抗干扰能力,被用来对小鼠血清样品中的葡萄糖进行检测,具有实际应用价值。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

CHI440A型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司);手动丝网印刷平台(上海同志科技有限公司)、1mm厚PVC硬板;印刷油墨:CH-10导电碳浆(日本十条公司)、BY2100导电银浆(上海宝银电子材料有限公司)、AC-3G绝缘油墨(日本十条公司);葡萄糖氧化酶(GOD, EC 1.1.3.4, 151,000 U/g, Sigma 公司),配制成18.5U/mL的水溶液;β-D(+)-葡萄糖(上海国药集团化学试剂有限公司),各浓度的葡萄糖标准溶液均用0.1mol/L磷酸缓冲液配制,放置24h后使用;正硅酸四乙酯(上海凌峰化学试剂有限公司)。所用化学试剂均为分析纯,实验用水为二次蒸馏水。

1.2 丝网印刷电极的制作

采用丝网印刷工艺制作二电极结构的电化学传感器电极(见图1)。电极基底为10mm×40mm、1mm厚的PVC硬板(a)。电极一端为接线端,另一端为反应端。分层依次将导电银浆(b)、导电碳浆(c)和绝缘油墨(d)印刷在基底上。每层印刷完后,都将电极放置于100℃的烘箱内热固化30min。制作好的电极在室温下老化2d。电极简记为SPE。

1.3 电沉积普鲁士蓝

根据文献[9],用二次蒸馏水配制2mmol/L K3(Fe(CN)6),2mmol/L FeCl3,0.1mol/L KCl,10mmol/L HCl溶液,记为溶液A;配制0.1mol/L KCl,10mmol/L HCl溶液,记为溶液B。

将丝网印刷电极置于溶液A中,以其中一条电极作为工作电极,饱和甘汞电极作参比电极,铂丝作对电极。在0.4V电压下保持60s,取出电极置于溶液B中,运用循环伏安法在-0.05~0.35V电压范围内扫描12圈,扫描速度为50mV/s。完成后用二次蒸馏水冲洗电极表面,然后放置于红外灯下干燥1h。得到的电极简记为SPE/PB。

1.4 溶胶-凝胶法固定葡萄糖氧化酶

将1.45mL正硅酸四乙酯、0.7mL二次蒸馏水和50μL 0.1mol/L的盐酸溶液迅速混合,然后置于超声池中超声振荡至混合液呈均匀透明状,即得二氧化硅溶胶,约需1.5h。该溶胶使用前现配制。

取体积比为1∶8的二氧化硅凝胶与5%的聚乙二醇(1750±50)水溶液超声混合。向5μL该混合液中加入5μL二次蒸馏水和5μL葡萄糖氧化酶水溶液,超声混均后取1.5μL滴加在SPE工作电极的反应端,放置于4℃空气环境下。得到的电极简记为SPE/PB/GOD。加入聚乙二醇是为防止凝胶成膜时发生脆裂。

1.5 电化学测试

SPE电极的电化学行为由循环伏安法进行考察,测试溶液为2mmol/L K3[Fe(CN)6],0.5mol KCl溶液。其它循环伏安法实验的扫描速度均为50mV/s。时间-电流法实验时,用磁力搅拌器对溶液进行搅拌,电流稳定后滴加一定量的0.05mol/L葡萄糖标准溶液,记录传感器电极对葡萄糖的电流响应。本文默认还原电流为正值,氧化电流为负值。

2 结果与讨论

2.1 SPE的电化学行为

在2mmol/L K3[Fe(CN)6],0.5mol KCl溶液中,通过循环伏安法对制备的SPE的电化学行为进行考察。得到的循环伏安图中,有一对具有良好对称性的氧化还原峰,扫描速率为50mV/s时的峰电位之差ΔEp为0.124V。在50 ~450 mV/s的范围内,记录不同扫描速率下的循环伏安曲线(见图2)。可见峰电流ip和ΔEp都随扫描速率的增加而增大,经计算ip与扫描速率呈线性关系,表明电极表面发生的是扩散控制的准可逆氧化还原过程。

图3显示SPE/PB电极对过氢化氢响应电流的循环伏安曲线。由图3可知,当测试溶液中没有过氧化氢时,电流表现为普鲁士蓝本身的氧化还原反应,向溶液中加过氧化氢后,氧化峰减小,还原电流明显增大,而且过氧化氢浓度越大,电流的这种变化趋势越明显。这是由于过氧化氢在电极表面被普鲁士蓝催化还原所致,说明SPE/PB电极对过氧化氢具有明显的催化响应。

测试溶液:2mmol/L K3[Fe(CN)6],0.5mol KCl a→e: 扫描速率从50 mV/s等差递增至450 mV/s

2.2 SPE/PB对过氧化氢的电流响应

测试底液:0.1M 磷酸缓冲液;0.1M KCl溶液 a:0M H2O2; b∶0.02M H2O2; c∶0.04M H2O2

2.3 SPE/PB/GOD的工作原理和对葡萄糖的电流响应

SPE/PB/GOD生物传感器对葡萄糖的检测机理如下:当测定葡萄糖时,样品溶液中的葡萄糖向电极表面扩散,在GOD的催化下与氧气反应产生葡萄糖酸和过氧化氢,过氧化氢随即被普鲁士蓝催化还原,产生的还原电流与葡萄糖浓度具有定量关系,从而达到检测的目的。图4显示SPE/PB/GOD对葡萄糖响应电流的循环伏安曲线。由图4可知,与葡萄糖不存在时的情况相比,加入一定量的葡萄糖后,氧化电流减小,还原电流增大。说明该传感器对葡萄糖具有明显的电流响应。

2.4 SPE/PB/GOD工作条件的优化

2.4.1 工作电位的选择

实验考察电位对传感器灵敏度的影响。结果表明,当电位在-0.05V时,灵敏度最大。电位为正时,灵敏度大幅降低,因为普鲁士被氧化后,对过氧化氢失去还原能力。所以选取-0.05V作为该生物传感器的工作电位。

测试底液:0.1M 磷酸缓冲液,0.1M KCl溶液a: 0M 葡萄糖; b:1mM 葡萄糖

2.4.2 缓冲溶液pH值和温度的影响

考察SPE/PB/GOD传感器在pH6.0~8.5范围内对1mmol/L葡萄糖的电流响应。电流响应的最大值出现在pH6.5至7.0的范围内。pH值增大,电流响应显著降低,因为碱性的pH值环境不利于普鲁士蓝的稳定。实验中使用pH6.9的缓冲溶液。

温度是影响酶的催化反应的一个重要因素。酶的活性也与温度直接相关,温度升高时,酶催化反应速率增加,但温度过高也会使酶变性失活。实验考察SPE/PB/GOD在10℃到50℃温度范围内的对葡萄糖响应的灵敏度情况。结果表明,在较低温度时,传感器的灵敏度随温度升高而增大,在35℃时达到最大,温度继续升高则会使灵敏度下降。这可能是因为温度过高,导致固定在电极表面的部分酶活力降低或流失所致。综合考虑传感器的灵敏度和实验操作的方便性,选择室温(25±0.2℃)作为传感器的工作温度。

2.5 SPE/PB/GOD性能参数的测定

2.5.1 响应时间、灵敏度、线性范围、检测极限

在优化的工作条件下,得到SPE/PB/GOD传感器对一定量0.1mol/L葡萄糖标准溶液的电流 — 时间曲线(见图5)。该传感器对葡萄糖的响应很快,响应时间约为15s。对葡萄糖浓度和相应的响应电流值作校正曲线(见图6),线性范围为5.00×10-6~2.44×10-3mol/L,线性回归方程为:I(μA)= 0.2933-3.289C(mmol/L),r2=0.9996。传感器的灵敏度为3.289μA/(mol/L),信噪比为3时,检测下限为1.43×10-6mol/L。

底液:20mL 0.1mol/L磷酸缓冲液(pH6.9)加入葡萄糖标准溶液:0.05mol/L葡萄糖,0.1mol/L磷酸缓冲液(pH 6.9)

2.5.2 重复性和使用寿命

制作7支SPE/PB/GOD生物传感器,对1mmol/L的葡萄糖分别进行测定,测定结果的相对标准偏差为6.9%。使用SPE/PB/GOD传感器对1mmol/L的葡萄糖连续进行10次测定,测定结果的相对标准偏差为4.8%。该生物传感器具有较好的制作重复性和检测重复性。

传感器不用时,保存在4℃空气环境下。响应电流在第30d仍能保留最初值的80%左右。二氧化硅凝胶膜能有效地保持酶的活性。

2.6 抗干扰能力

生物传感器在测试血液样品中的葡萄糖含量时,主要可能受到血液中具有电化学活性的抗坏血酸和尿酸的干扰。SPE/PB/GOD生物传感器的工作电压低(-0.05V),因而具有很高的选择性,0.1mM抗坏血酸和0.1mM尿酸都不能产生明显的电流响应。

2.7 实际样品测试

用SPE/PB/GOD传感器对小鼠血清中的葡萄糖进行测试(见表1)。回收率在96.6%~104.3%之间。

3 结论

本文制备一种低成本的可一次性使用的丝网印刷葡萄糖生物传感器。该传感器对葡萄糖具有高的检测灵敏度和响应时间,并有良好的稳定性和重复性。这些优良的性能主要得益于两点,其一,普鲁士蓝对过氧化氢具有高灵敏度的催化响应;其二,二氧化硅溶胶-凝胶和聚乙二醇的混合物是很好的酶固定材料,不仅能在电极表面形成稳定的固定酶层,还能有效保持酶的活性。该生物传感器的电极采用丝网印刷技术制作,酶的固定过程简单易行,经过进一步研究可实现批量制备,因为具有显著的应用前景。

参考文献

[1]Albareda-Sirvent M,Merkoci A,Alegret S,Sensors and Ac-tuators B:Chemical,2001,79(1)∶48～57

[2]Hart J P,Wring S A,TrAC Trends in Analytical Chemistry,1997,16(2)∶89～103

[3]Hart J P,CrewA,Crouch E,Honeychurch KC,Pemberton R M,Analytical letters,2004,37(5)∶789～830

[4]Karyakin A A,Electroanalysis,2001,13(10)∶813～819

[5]Ricci F,Palleschi G,Biosensors and Bioelectronics,2005,21(3)∶389～407

[6]Pierre A C,Biocatalysis and Biotransformation,2004,22(3)∶145～170

[7]Wang J,Analytica Chimica Acta,1999,399(1)∶21～27

[8]Tripathi V S,Kandimalla VB,Ju H,Sensors and Actuators B,2006,114(2)∶1071～1082

[9]Karyakin A A,Karyakina E E,Gorton L,Anal.Chem,2000,72(7)∶1720～1723

谈丝网印刷与波普艺术之间 篇2

波普是Popular翻译而来的, 原始意为流行艺术、通俗艺术。波普艺术作为一种新的艺术观念, 反映了战后社会背景及大众文化的兴起对艺术的深刻影响。波普艺术采用选取或复制模仿实物的方法, 从流行的实物中提取素材, 运用到作品中, 而不是简单再现生活或表达艺术家的纯粹感受, 也无社会内容和美的形式。批评家L. 阿洛维界定了波普艺术概念与内涵, 他认为现代艺术创作的绝好材料是公众创造的都市文化, 后来, R. 汉密尔顿以艺术实践推动了这一思潮的进程, 其代表作品《是什么使得今天的家庭如此不同往常、如此丰富多彩》也变成了波普艺术的一面旗帜。20世纪50年代末到60年代初, 波普艺术产生于欧美, 并在美国得到巨大发展与推广。让波普出现在了服饰、香烟、胶带、摇滚唱片……物品上。将身边的任何消费品图像通过分解构成、拼凑粘贴、复制的手法进行艺术创作, 如:物品, 如漫画、电影海报、明星、鞋……都可成为波普艺术的创作主题。

(一) 波普艺术是对上世纪50年代主流的抽象表现主义的精英观念的回应。抽象表现主义是一种高高在上的贵族艺术, 它在艺术界专业圈内获得认同, 但其表现的内容只是专业的少数观众。而波普艺术家则不断尝试新材料、新主题和新形式用来反映当时的工业化和商业化特征, 表达日常生活中司空见惯的事物和流行文化, 从而获得了大众的普遍接受。丝网印刷一开始作为商业的印刷手段得到发展。20世纪后期, 美国的安迪·沃霍尔之所以将流行文化的粗俗产品点化为真正的艺术精品, 是因为以电椅等不“高雅”素材创作的油画;玛丽莲·梦露、肯尼迪等的形象在丝网印刷的反复转化下产生一种奇异的感伤。

(二) 波普艺术熟练使用现成品与拼合手法, 不仅打破了绘画的二度空间与雕塑的三度空间界限, 而且还丰富了艺术的表现手段和创作题材。20世纪以来, 绘画逐渐脱离了对物像的依赖。

波普艺术打破了“经典艺术”与大众文化之间的界限, 扩大了艺术的可利用资源。它丰富了人的思维方式, 从不同角度、不同层面欣赏, 为人类塑造了多元的、新的艺术形式。波普艺术改变了原有的艺术的性质, 现成品本身成为艺术。进入工业社会, 随着生活方式、信息媒介的扩大, 旧的生活观念受到一定挑战, 自然促使了艺术形式和手段的更新、拓展。波普艺术的产生迎合了人类生活速度加快后的审美要求, 也符合大众化的文化需要。

(三) 波普虽不如古典艺术高雅和造型准确, 亦缺少抽象艺术的深度思想和形式意味, 但它却极快地成为大众传媒 的一部分, 创造着精神价值的同时也为商业消费服务, 并创造出经济价值, 比如丝网印刷中波普艺术的应用。波普艺术模糊了艺术与生活、艺术与消费、艺术与娱 乐的关系, 也使艺术延伸到其他领域中去。波普艺术顺应当时经济社会的特点, 以简单的形式介入到生活中来。

虽然经济危机使丝网印刷获得了一次飞跃性的发展, 美国政府通过了一系列支持艺术家的项目, 其中一个是以安东尼·维罗尼斯为中心的一个团体研究丝网的制作的规划。一些艺术家开始专门来研究丝网创作, 是由于丝网印刷制作成本低廉, 更能让低收入的公众接受。至此, 艺术性丝网印刷开始具有不同于商业印刷的自身特色。1940年“美国丝网创作协会”成立, 他们在各地举办展览, 相互交流各自的丝网创作技巧, 因此丝网创作美国开始逐渐受到公众的欢迎。

参考文献

[1]黄超成译, 豪斯金斯.丝网版画技法[M].长春:吉林美术出版社, 2004.

[2]曾润.丝网画作品艺术百家[J].2014.

晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术 篇3

1 丝网印刷技术概述

丝网印刷技术主要是指经刮条挤压丝网弹性形变, 于需要进行印刷的材料上对浆料漏印, 作为良好的印刷方式, 成为当前应用较为广泛的电池工艺。通过实施丝网印刷的举措, 把存在金属的导电浆料经丝网网孔于硅片上展开压印, 进而产生电极或电路, 最后把光生电子从电池内导出。将金属浆料印于已产生p-n结的多晶硅硅片上面, 实施背面银铝浆印刷以后产生了背电极, 进而利于组件的焊接。实施第二道印刷铝浆, 形成重掺杂获得P+层, 由于铝背场将载流子复合有效减少或者削弱, 增加对正电荷的收集进而提升开压。实施第三道印刷银浆, 主要目的为促进对电子的吸收产生上电极, 如图1所示。

于电池的反面采用银浆印刷背电极获得电池片的背电极。对背电极印刷提出的有关的浆料要求包含以下几方面:背电极是电池的物理正极, 必需具备较强的焊接性能。并且采取的背电极浆料, 通常应用Ag浆, 也可应用Ag/A1浆, 应用的优势为一方面具有较低的成本, 另一方面焊接性能较强。其中背电场的功能为, A1是一种P型杂质, 在烧结完毕以后能够于背面扩散产生P+层, 利于构建起P+P结, 进而有效抑制电子向背面运动, 在进行工业化生产期间, 常采用的背电场浆料一般为铝浆。于电池片的正面, 采用银浆料印刷一排间隔均匀的主电极、细栅线。其中电池的物理负极为正面电极, 栅线的功能为对电流实施收集, 正电极的发展需要将又高又细作为目标。主栅的功能除了针对电流实施有效收集以外, 其应具备较强焊接性功能。通常在工业化生产期间, 银浆是正面电极用到的浆料。

2 太阳能电池生产工序中丝网印刷技术的应用价值

硅太阳电池生产包含的工序列举如下:硅片、前清洗、扩散、后清洗、PECVD、印刷背电极 (烘干) 、印刷铝背场 (烘干) 、印刷正面电极、烧结、测试分选。作为太阳能电池生产环节中必不可缺少的关键工序内容, 丝网印刷的工作主要有印刷背电极、铝背场以及正电极。印刷质量的好坏与否, 对电池片的性能包括电池片外观等均可构成直接的影响。因此, 充分获得较高的印刷质量是重要的工作。

经采取丝网印刷形式, 推动包含高度化学活性的金属浆料于硅片上面进行印刷, 并且在彻底烘干的情况下, 保持金属浆料处于固化状态中。采取高温加快烧结的方式, 使活性物质作为辅助渠道, 推动在金属、硅片表面产生合金层, 最后获取有效接触并产生铝背场。

3 丝网印刷技术质量控制举措

在工业化生产期间, 为了充分确保电池片印刷具有较高的质量, 应该要掌握好电池片抽测印刷浆料的重量, 同时保障图形印刷具备完整性。重点的检查工作为以下内容, 包括背电极印刷图案完整性、线条流畅性、有无发生偏移或者漏浆问题、是否存在硅片崩边状况;背电场印刷图案完整性, 是否存在偏移、漏浆、崩边情况, 有无漏硅、缺失、脱落问题, 以及是否具有铝珠、铝苞或者铝刺等情况;正面电极印刷图案, 检查是否缺损、具有偏移、毛边或者崩边和断线问题, 以及主电极缺失和正电极翘曲等现象。加强质量管理, 充分提升对每一程序印刷重量以及外观检测的重视度。

4 丝网印刷技术未来的发展形势

伴随太阳能光伏产业不断壮大规模的形势, 为了获得更高的工作效率以及经济效益, 工艺的流程会逐渐增多, 对高产量、针对更薄硅片的能力进行处理等内容会具有更高的关注度。当前晶体硅太阳能电池工厂的产量约为每小时1500硅片的效率, 业界将每小时最少3000硅片的生产效率定为未来的发展目标, 所以需要采取先进机械自动化技术实现最小的破片率针对硅片展开处理工作。基于此, 要求丝网印刷相关工艺具备更高的速度, 并且充分保障线条的宽度以及对齐方式等具有原有精确度。伴随硅片越来越薄的发展形势, 也会相继促进不断提升软处理技术, 进而从整体上实现对由于硅片越来越薄而出现易碎问题的处理, 推动硅片高质高量的制造生产。

5 结语

在太阳能电池生产工序中, 丝网印刷技术的应用具有重要的实际意义。作为一种应用在积淀金属线的重要技术, 晶体硅太阳能电池丝网印刷具备较高的成本效益, 当前于工业化生产工作期间已经获得普遍的应用实践。当前的丝网印刷系统集高度自动化、高产量以及超薄硅片处理能力于一体, 通过不断的应用与实践, 并展开更加深入的研究, 会促进晶体硅太阳能电池丝网印刷技术的不断发展以及完善, 进而获得更高的电池效率以及实现降低太阳能电力成本的更高目标。

摘要：在实施晶硅太阳电池生产制造期间, 最为主要的环节就是硅芯片基板的金属化这一工艺, 是晶硅太阳能电池形成电极的过程, 也对电池能量的转换效率具有较大的影响。当前, 通过不断的研究以及大量的实践经验表明, 针对硅芯片实施金属化采取丝网印刷技术是最为理想的方案, 满足太阳电池生产的需求, 成为首要的重要工艺技术。基于此, 本文针对晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术展开详细的分析, 并提出科学的质量控制举措, 旨在为实践工作提供有价值的理论借鉴。

关键词：晶体硅,太阳能电池,丝网印刷技术,分析及探究

参考文献

[1]胡子琦.晶体硅太阳能电池丝网印刷工艺的研究[D].北京:北京交通大学, 2013.

[2]黄婷婷.晶体硅太阳能电池丝网印刷工艺的改进[D].无锡:江南大学, 2013.

[3]应用材料公司.晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术[J].电子与电脑, 2010 (07) :61-65.

[4]邱燕.晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及质量控制[J].太阳能, 2015 (01) :74-76.