小型电化学传感器系统的研制——面向小型电化学传感器产业化的微细制造技术的研究

摘要

电化学传感器是指能感应（或响应）生物、化学量，并按一定规律将其转换成电信号输出的器件或装置，它一直是分析科学中一个非常活跃的研究前沿。电化学传感器是由化学、生物学、物理学、医学、电子技术等多种学科相互渗透发展起来的高新技术，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低的特点，能在复杂体系中进行在线连续监测，广泛应用于化学、生命科学、生物医学、环境监测、食品、医药和军事等领域。由于电化学传感器在各个领域的应用越来越广泛，对其的研究也就越来要求越高。基于此，本文研究了金刚石电极、金属电极的制造及其电化学特性，对七种不同金属分别制作了电极，讨论了其制造工艺和其应用价值。 在我国现正人口持续增多，耕地面积呈持续减少的严峻局势下，对粮食的单产要求很高。影响粮食单产的一个主要因素是化肥的投入，采取一种科学的方法来指导施肥，这样不仅能够提高土地生产率和农产品质量水平，而且还不造成肥料的大量浪费和环境污染。因此，对土壤中各种养分离子浓度的精准测量提出了较高的要求。在上述基础上，对土壤离子的精准测量仪应运而生。课题研制了一种基于双电位原理的电化学测量仪，提出一种低成本的仪器设计方案，并完成了仪器的硬件与软件设计，成功实现了原理样机。 本文讨论了小型电化学传感器产业化的微细制造技术，主要进行了基于CMCV的N元素检测研究；提出并研制了用于土壤离子浓度检测的自动流体检测系统，并进行了性能测试实验；开展了用于P元素检测的电极制造的研究实验。此部分实验在美国阿肯色大学完成，主要目的是面对小型电化学传感器的产业化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 研究背景及意义

1.1 电化学传感器的原理与应用

1.1.1 电化学传感器的原理

1.1.2电化学传感器的应用

1.1.3 微电极的应用

1.2 电化学电极的微细制造技术

1.3 小型电化学检测仪的产业化

1.3.1 土壤离子浓度检测的意义

1.3.2 用于电化学电极检测的电化学测试方法简介

1.4 本论文主要研究内容

第二章 金属电极的研制及特性评价

2.1 金属电极的制造

2.1.1 电子束沉积装置

2.1.2 沉积工艺

2.2 金属电极的电化学特性测试

2.2.1 测试仪器

2.2.2 测试结果

2.3 结论

第三章 金刚石电极的研制及特性评价

3.1 金刚石沉积装置

3.2 金刚石电极的表面形貌

3.3 掺硼金刚石电极特性的电化学测试

3.3 结论

第四章 土壤离子浓度检测试系统研究

4.1 基于电化学检测系统(CMCV)的N元素检测研究

4.1.1 关于CMCV简述

4.1.2 基于CMCV的N元素检测研究

4.2 用于土壤离子浓度检测的自动流体检测系统

4.2.1 土壤养分速测系统改进设计方案

4.2.2 改造后原理样机的性能描述

4.2.3 对用于土壤离子浓度检测的自动流体检测系统的性能检测

4.3 用于P元素检测的电极制造的研究

4.3.1 P元素检测的电极制备

4.3.2 结果与讨论

4.4 结论

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士阶段发表的论文