Susanna Laurén Sep 05, ’13 < 20190705

如何制备出更好的纳米颗粒薄膜传感器?

传感器是能够检测环境变化,将该变化转换为信号并将其发送以供人或仪器读取的装置。 传感器种类很多,有非常简单的温度传感器也有复杂的电化学传感器。与传统的传感器相比,基于纳米颗粒薄膜的传感器具有多种优势,例如:更好的灵敏度和选择性,特别是在电化学传感方面。纳米颗粒传感层的制备是最主要的挑战。我们常用的两种主要方法是层层自组装(LbL)和Langmuir-Blodgett(LB)法。

纳米颗粒薄膜作为传感元件

使用纳米颗粒(NP)作为传感元件的主要优点之一是纳米颗粒的尺寸和表面特性可以通过制备过程进行调节。通过微调纳米颗粒的性质,可以实现高选择性和高灵敏度。纳米颗粒可提供更大的有效传感器表面积,这也可以进一步提高灵敏度。

表界面上纳米颗粒的大小和分布影响着电化学传感器的性能。由于能形成具有确定结构的沉积,预合成和功能化的胶体纳米颗粒最常用于传感器应用。

层层自组装

层层自组装是一种将不同的材料层依次沉积在固体基体上的技术,最简单的方法是通过浸渍涂层。

我们取一个初始带正电荷的基板。首先,将基板浸入含负电荷物质的溶液中,通过静电相互作用将负电荷物质吸附在基板表面。这会产生一个带负电荷的表面。然后将基板浸入漂洗溶液中,去除松散的物质,以防止下一种溶液受到污染。然后将基板浸入含有正电荷的溶液中,以产生带正电荷的表面。接下来是另一轮的冲洗步骤。此过程可以根据需要重复多次,以构建所需的多层结构。

Langmuir-Blodgett方法

Langmuir-Blodgett方法原理示意图

使用Langmuir-Blodgett方法时,沉积从Langmuir单层的形成开始。 Langmuir单层是通过将待沉积物铺展到在浅槽中的空气-水界面上而形成的。 LB槽设备包含可以精确受控移动的滑障,以减小界面的表面积,从而使待沉积物更紧密地结合在一起。当达到所需的堆积密度时,可以通过从空气-水界面提拉基板完成样品沉积。 通过重复该过程也可以实现多层结构的沉积。

层层自组装(LbL)和LB方法的比较

这两种技术的主要区别在于沉积发生的界面。在LbL中,待沉积的样品分散在溶液中,并在溶液-固体界面处进行组装。而在LB法中,待沉积物被限定在空气-水界面处,这也是沉积发生的地方。此外,在LbL中,沉积是通过自发吸附过程进行的,而在LB中,膜组分堆积规整且结构有序。可以精确控制沉积薄膜的堆积密度是LB法的主要优点。

LbL的主要优点是简单。原则上,这种方法仅需要镊子和烧杯,但在实践中经常使用更复杂和自动化的系统。

综上所述,我们可以得出结论,这两种方法都有其优缺点,应该根据薄膜结构的最终要求来决定使用哪种方法。

如您有兴趣阅读更多关于Langmuir-Blodgett技术进行纳米颗粒组装的信息,请下载附件的白皮书使用LB技术制备高度有序的纳米薄膜

 

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