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PFCE电极介绍连载

  • 第一篇:关于碳元素
  • 第二篇:什么是PFC制法?
  • 第三篇:塑料成型碳电极PFCE
  • 第四篇:PFCE 的特性
  • 第五篇:抛光方法
  • 第六篇:电极特性(测量示例)

第一篇:关于碳元素


碳材料具有许多物理和化学特性,如优异的耐热性、耐触摸性和润滑性,以及生物相容性和吸附活性。这是因为碳原子在成键时具有sp、sp2和sp3三个电子态,因此它具有完整的晶体结构,具有炔碳、石墨和金刚石的碳同素异形体。并由这三者混合而组成的几乎无数的结构。此外,与塑料和金属材料不同,碳材料本质上是不溶,难融的,因此很难进行塑料成型。因此,大多数碳制品是通过对预先制成的石墨块进行机械切割等二次加工而获得的。因此,仅限于软质碳材料,且因加工而存在诸多变化,极难稳定获得充分发挥碳特性和功能的碳产品。

目前,碳材料应用于测量、生物体、电子、催化剂、能源、空间等诸多新领域,所需的功能和形状也越来越多样化。因此,碳材料的常规制造方法和性能不足以满足需求。

因此,具有高灵敏度、高纯度、抗渗性、高强度、高硬度、高弹性模量、柔韧性、高韧性等优良功能,且形状控制精度高的高性能碳制品的出现备受期待。

为了实现这一目标,正在开发基于化学和物理手段的新生产技术。 其中之一是PFC(塑料成型碳)工艺。

第二篇:PFC的制造方法是什么?


PFC加工法是一种生产具有任意设计功能和形状的高功能碳材料的方法。由三菱铅笔公司开发,旨在能发现进行所需的特性和功能的碳材料的制造而开发的生产工艺。
该工艺的特点是采用与制造塑料制品相同的加工方法成型,理想地碳化,获得碳制品,无需二次后处理。

所谓碳化,在本质上是通过热处理除去碳以外的不同元素的碳元素的凝结-聚合反应过程。该法的缺点是很难避免挥发性物质的产生和成型产品的变形和收缩。

为了在不进行任何后处理的情况下获得具有所需功能和形状的碳产品,必须建立一种技术来控制成型和烧制阶段的功能和结构。

在PFC生产工艺中,通过对原材料的选择、成分和配方、结构的构建、前驱体的调整、碳化的加工条件等的控制的同时,建立防止成型产品变形的技术,准确读取体积收缩率,使得生产出具有设计功能和形状的高功能碳材料成为可能。

第三篇:塑料成型碳电极PFCE (Plastic Formed Carbon Electrode)


GC(玻碳)和 HOPG(高取向热解石墨)是两种最为熟知的的碳电极材料。
玻碳材料是通过将树脂煅烧成碳而得到具有电解液不渗透性的碳电极材料,但其电极特性会因原材料的种类和烧制温度不同而出现很大的差异[1] (图1:酰亚胺树脂加工温度和对应的CV曲线的比较,图2:氯乙烯树脂的加工温度和对应的CV曲线的比较)。用于电化学测量时,除非使用确定种类的原材料和烧制温度,否则无法获得良好的再现性。

另一方面,在 HOPG 中,边层面表现出优异的电极特性,但基面没有表现出良好的电极特性(图 3:HOPG 边层面和基面的 CV 曲线比较),并且在石墨层之间由于电解质的渗透,而导致很难得到测量结果的重复性。因此,象碳糊电极那样,使用石墨粉和糊状材料的混合物,其具有与 HOPG 一样的优异电极特性。

然而,由于碳糊电极的反应部位是由具有良好电极特性的石墨边层面和具有较差电极特性的基面混合而成,不可能获得像HOPG的边层面那样的良好电极特性,此外可使用的溶液取决于碳糊材料的类型。

 
图3-1 酰亚胺树脂处理温度与CV曲线对比
图3-1 酰亚胺树脂处理温度与CV曲线对比
图3-2 酰亚胺树脂处理温度与CV曲线对比
图3-2 酰亚胺树脂处理温度与CV曲线对比
 

以这种方式,使用传统的碳基电极材料不可能获得优异的电极特性。因此,通过三菱铅笔和日本先进工业科学技术研究所的联合研究,开发了一种用于电化学测量的碳材料 PFCE,它具有优异的电极特性,无电解液渗透,并且完全由碳组成。

PFCE是一种基于PFC加工工艺制造的碳材料,通过对石墨粉高度定向,将具有良好电极特性的边层面沿一个方向排列并暴露在电极表面,再加上与GC形成复合物时的控制,使其具有液体不渗透性,而制造的碳材料。

换句话说,PFCE是一种用于电化学测量的碳材料,其中石墨的边层面高度取向并暴露在电极的反应部位的圆盘平面上,在石墨和石墨颗粒之间有一层均匀的GC涂层。因此,可以像HOPG的边缘平面一样获得良好的电极特性[2] (图4:PFCE圆柱面和圆盘面的CV曲线比较),并且像GC一样,在强酸中使用时不会渗透电解液[3] 。PFCE可以根据需要设计出多种电极特性和形状。


参考文献

[1]Suda, Kawakubo, Kaneko, Negishi, Yamada; 第18届碳材料会议2 B 14 (1991)
[2]KANEKO, NEGISHI, SUDA, KAWAKUBO; DENKI KAGAKU, 61,920-921 (1993)
[3]Kawakubo, Suda, Negishi, Kaneko;第 20 届碳材料学会指南 P015 (1993)

第四篇: PFCE 的特性


PFCE石墨碳电极是一种以呋喃树脂为绝缘涂层树脂的CV电极。呋喃树脂是一种对四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜等各种有机溶剂具有优异的耐酸碱性和耐溶剂性的树脂,但在乙腈中长时间浸泡会溶胀,请注意。

 
图4-1 HOPG 电极 CV 曲线
图4-1 HOPG 电极 CV 曲线

图4-2 PFCE 电极 CV 曲线
图4-2 PFCE 电极 CV 曲线
 



第五篇:抛光方法


PFCE碳电极比GC电极更容易进行抛光处理,因而当电极特性变差或电极表面变脏时,无论是谁均可以通过进行一定的抛光处理,轻松地制作出高灵敏度和再现性的优良电极[5-1]

 
请勿使用已经用过的砂纸重新打磨。PFCE碳电极表面具有多孔,易吸附物质的特性。如果预抛光过程中用于打磨的砂纸面积较小,可以不更换砂纸,用剩余未使用的部分继续进行精抛光,但漂浮在蒸馏水中的抛光粉可能会再次粘附在电极表面,因此建议使用后更换砂纸。
 


 
图 5-1. 使用Sic-4000 抛光的PFCE石墨碳电极与使用Al2O3-6000抛光PFCE石墨碳电极的CV 曲线比较
图 5-1. 使用Sic-4000 抛光的PFCE 石墨碳电极与使用 Al2O3-6000 抛光 PFCE 石墨碳电极的 CV 曲线比较
 


注意事项
使用细磨粒(Al2O3 -6000 等)或氧化铝磨料进行镜面抛光或超声波清洗不充分时,无法获得优异的电极特性和再现性,请注意。
PFCE石墨碳电极是一种极好的电极,但与GC电极一样,电极特性会随着抛光后经过的时间而变化,因此使用时,请考虑抛光后的时间,适当重新抛光后再使用。

图 5-2. 用#4000 和 UF800(相当于 P2400)砂纸打磨时的 CV 数据被覆盖和比较。
图 5-2. 用#4000 和 UF800(相当于 P2400)砂纸打磨时的 CV 数据被覆盖和比较。

用#4000 和 UF800(相当于 P2400)砂纸抛光后的 CV 数据重叠和比较。 在传统方法中,推荐采用#2000(中抛光)→#4000(精抛光)的工艺,但通过图 5-2确认仅用UF800抛光就足够了。

产品编号 品名 数量
012611 金刚砂纸 UF800(20 张) 1



参考文献
[5-1]金子, 根岸, 川窪, 須田, 青木, 荒又, 池内, 内山, 長谷部, 木下, 楠, 高村;第39 回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会要項集1B-2

第六篇:电极特性(测量示例)


PFCE 石墨碳电极,不仅可以和GC电极那样用于水溶液的测量,而且可以在有机溶剂体系中很好地进行较高灵敏度的测量[6-1]5的。与传统的电极材料相比,其具有优异的电极响应特性,比如对于电化学测量较为困难的水溶液中的铁,可以进行痕量定量测定[6-2]

此外,使用PFCE电极还可以测量苯醌等与生物体相关的物质,例如可以在低电位下测量NADH(脱氢表雄酮烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)的氧化电流,且具良好的重复性。[6-3]
还有,无法用常规电极材料检测有机光电导体材料物质二苯乙烯,可以通过使用PFCE进行检测[6-4]

 
图 6-1. PFCE和GC电极抛光后的时间和 CV 曲线比较
图 6-1. PFCE和GC电极抛光后的时间和 CV 曲线比较
 



参考文献
[6-1] 市村、吉川、金子、根岸;第 39 届极谱和电分析化学讨论会指南1B-1 (1993)
[6-2] Honnaka, Masuda, Ikeda, Kaneko, Negishi, Kawakubo, Suda;第 39 届极谱和电分析化学讨论会指南 1B-3 (1993)
[6-3] Kinoshita, Suda, Kawakubo, Usui, Ikeda;临床化学 22 185-189 (1993)
[6-4] Inoue, Tomonari, Mizumoto, Kawachi, Imai;第 39 届极谱和电分析化学讨论会指南 1B-7 (1993)





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