1. 简介
SECM150电化学工作站分辨率很高,其最小步长可以低至50nm,这与Bio-Logic的SECM探针性能匹配。SECM150的扫描速率较快,可以在不产生额外的扫描质量损失的情况下较快的获得测量结果。SECM150的较高分辨率使其成为研究微米尺度的理想工具。
本文采用SECM150电化学工作站测量了标准金样品上的气孔尺度低于1?m的膜,测量面积为10?m×10?m的区域,分辨率为1?m。
2. 方法
采用SECM150的产生-收集模式dc-SECM测试标准金样品上的聚碳酸酯多孔膜,分别测试了两个不同的类型:带有12?m孔的Cyclopore膜(PC12)和带有1?m孔的Nucleopore膜(PC1)。用透明指甲油将膜固定在金样品的树脂上,光亮面朝上。去除膜与金样品之间的空气间隙,膜与金-树脂边界有一个小的缝隙。用塑料吸管摩擦,去除电解质中的空气。
在5×10-3molL-1 K3[Fe(CN6)]的0.1molL-1 KCl溶液中测试PC12膜。探针直径1?m,施加偏置电压0.65V vs. SCE。金的偏置电压为-0.25V vs. SCE。Pt片作对电极。通过逼近曲线确定探针z轴位置。设置如下:
PC12:
步长:0.35?m
速率:1?m/s
采集数据预停留时间:0.5s
采集数量:100
采集速率:1000Hz
反向步长:无
PC12膜的面扫描范围为100×100?m2内的201×201个点。
在5×10-3molL-1 K3[Fe(CN6)]的0.1molL-1 KCl溶液中测试PC1膜。探针直径0.5?m,金的偏置电压0.65V vs. SCE,探针的偏置电压为-0.25V vs. SCE。Pt片作对电极。通过逼近曲线确定探针z轴位置。设置如下:
PC1:
步长:0.25?m
速率:0.5?m/s
采集数据预停留时间:0.1s
采集数量:100
采集速率:1000Hz
反向步长:0.1?m
PC1膜进行了一系列小面积扫描,包括25×25、10×10、5×5、3×3?m2。前三种包含101×101个点,3×3?m2包含61×61个点。
3. 结果
采用SECM测试Au上面的PC12膜,结果如图1所示。可以看到许多高电流点。可以从图中看到绝缘的聚碳酸酯和其下的导电的Au的明显差异。当探针经过一个膜孔时,Au产生电活性分子,此为[Fe(CN)6]4-,探针可以检测到。图2为其中一点的截面,半高全宽(FWHM)约12?m,这与该产品的销售数据一致。
图1 PC12膜的SECM面扫描结果
图2 PC12的SECM测试结果中的一个点的截面图
图3为PC1的一条逼近曲线。测得的最终z轴位置可以用于设置面扫描探针位置。图4为Au样品上的PC1的一系列的四个面扫描结果。图中虚线框是下次面扫描的位置。除了3×3?m2面扫描,其他的面扫描步长都减小了,以提高分辨率。与PC12一样,从Au到电解液产生了一些特定的点。基于Au,产生更多的[Fe(CN)6]4-,信号增强。图5中半高全宽与该产品的销售数据一致。
图3 PC1膜的SECM逼近曲线
图4 PC1的SECM测试结果
图5 PC1的SECM测试结果中的一个点的截面图
表1 快速扫描和慢速扫描的优点
图6 0.5µm探针在5×10-3mol L-1K3[Fe(CN6)]的0.1mol L-1KCl溶液中的CV曲线
结论
用户可以采用SECM150电化学工作站结合微米尺寸探针测试微米尺寸的特性。本文测试了两种不同的聚碳酸酯薄膜。通过先测试较大区域,然后可以选择单个区域集中测试,也可以提高分辨率。
参考文献
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