使用石英晶体微天平研究薄膜生长

引言

Gamry公司的eQCM 10M电化学石英晶体微天平的一个用途就是研究薄膜的生长。下面举一个关于薄膜生长影响电极电化学性能的例子。

固体接触（SC）离子选择性电极（ISEs）是常用作测量医学及环境应用中离子浓度的一种传感器。SC ISEs的电化学特性取决于在电子传导基底（例如，金，铂）和离子传导膜之间充当离子-电子换能器的SC（例如，导电聚合物）的性质。其平衡时间，标准电势等电化学特性也依赖于电子传导基底本身¹,²。为了追踪构建在金或铂基底上的SC ISEs的电化学性能差异的根源，PEDOT（PSS）⁴

实验方法

一个10 MHz金包覆的AT切型石英晶体（面积为0.205 cm²）用甲醇和去离子水进行清洗，然后用N₂进行干燥。选择一部分晶体通过电沉积的方法在表面镀铂，制成铂包覆石英晶体。另外还用到10 MHz铂包覆的AT切型石英晶体（Gamry零件编号是971-00010）。金或铂包覆的晶体被安在由国际晶体制造商⁵制造的PTFE电解池中，铂丝作对电极，Ag|AgCl|0.1M KCl作参比电极。支架中盛满0.015 mol/dm³ EDOT和0.1 mol/dm³ NaPSS的水溶液。PEDOT（PSS）在使用我们的Reference^TM 600电化学工作站施加714 s恒电流41 μA（0.2 mA/cm²）的条件下进行沉积，频率通过用我们的eQCM 10M和Resonator^TM软件进行监测。

图1 在谐振石英晶体（每一个基底都是N = 5）表面的铂（绿色）和金（蓝色）电极上恒电流沉积PEDOT（PSS）薄膜的
（a）整个714 s和（b）开始的60 s过程中的频率衰减记录。图（b）中的黑色椭圆旨在归类铂和金的暂态现象，也强调了两者间再现性的不同⁴。

实验结果

图1显示了在金和铂包覆的石英晶体表面进行PEDOT（PSS）电化学沉积的过程的频率变化，（a）记录的是整个聚合过程，（b）是开始的60 s。

为了突出PEDOT（PSS）在金和铂上聚合的差异性，图2绘制了两者在沉积过程中频率变化的速率。

图2 在石英晶体⁴表面的（a）金和（b）铂电极上开始60s PEDOT（PSS）聚合过程中的频率速度变化。

结论

该应用报告强调了eQCM的优势。使用该技术能够清晰地观察到PEDOT（PSS）电化学聚合过程在金和铂上沉积速率的差异性。

致谢

我们感谢田纳西州孟菲斯大学生物医学工程学院的Jennifer M. Jarvis和Erno Lindner为Gamry公司提供该信息。我们也感谢Electroanalysis杂志准许我们引用实验结果相关的图片。

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¹ M. Guzinski, et al., Anal. Chem. 2015, 87, 6654-6659.

² M. Guzinski, et al., Anal. Chem. 2017, 89, 3508-3516.

³ Poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrenesulfonate.

⁴ J.M. Jarvis, M. Guzinski, F. Perez, B.D. Pendley, E. Lindner, Electroanalysis2017, 29.

⁵ International Crystal Manufacturing, 10 N. Lee Ave., Oklahoma City, OK 73102, USA.