メガHz帯域交流インピーダンスの走査電気化学顕微鏡への適用

兆赫频带交流阻抗在扫描电化学显微镜中的应用

基本信息

批准号：
16760581
负责人：
伏見公志
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度の研究実績(プローブを超音波振動させることにより、試料表面に近接した際のプローブ-試料表面間のシアフォースを検知できるようにし、試料表面とプローブの間の距離制御に応用した)によりその機能が向上した走査電気化学顕微鏡(SECM)に、パルス電源および電流検出回路を組み入れた。この改良は、試料電極とプローブ電極間にメガHz帯域の電圧波形を入力し、流れる過渡電流の計測を目的としている。これにより、オンタイムで約30MHzまでの矩形波パルスに伴う電流検出(電流検出時間分解能:10ns、感度10μA)が可能となった。ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液中、直径10μmの白金微小ディスク電極とモデル試料(エポキシ樹脂に埋め込んだ白金ディスク電極)間に振幅1〜5V、幅100ns、デューディ比10〜1000の矩形波パルスを印加し、パルスに伴う過渡電流を解析した結果、過渡電流の初期に流れる電流は、プローブと試料それぞれの電極表面上に形成する電気二重層の充電に消費され、その時定数は両電極間の液抵抗と二重層容量の積で表されることを確認した。また、過渡電流後半の電流は、充電完了後のファラディック電流に対応し、プローブ-試料電極間距離に応じて流れることを観察した。すなわち、充電電流とファラディック電流はプローブ直下の試料表面上で最も迅速に流れ始め、プローブ直下以外の周辺部には遅れて流れる。また、両電流はモデル試料表面の電気特性に依存し、導電体(白金)と絶縁体(エポキシ樹脂)の区別を可能とするものである。しかし、これらの電流を実際にSECMの結像信号として用いたときの電流像の面分解能は、従来法(直流の定常ファラディック電流)による面分解能に著しく劣るものであった。この理由は、プローブ-試料電極間の時定数が面分解能に影響するためであり、面分解能の向上にはより短い幅でオーバーシュートのないきれいな形状のパルスを入力すること、出力される電流を高感度に検出することが要求された。本装置の仕様を大きく上回る計測技術の導入により改善される可能性はあるが、本研究の範囲内では実施不可能であった。なお、以上の研究成果は第56回国際電気化学会(Busan,Sep.2006)にで報告した。

将脉冲电源和电流检测电路纳入扫描电化学显微镜（SECM）中，该电源可改善由于上一年的研究性能而提高了其功能（通过探针的超声振动，探针和样品表面之间的剪切力时，它在样品表面接近样品表面，并应用于样品表面和样品表面之间的距离）。该改进旨在通过在样品电极和探头电极之间输入兆哈带中的电压波形来测量流动的瞬态电流。这使得可以检测电流（当前检测时间分辨率：10 ns，灵敏度：10μA），矩形波脉冲脉冲至约30 MHz。在六酰基钾水溶液（II）溶液中，振幅为1至5 V，宽度为100 ns的平方波脉冲在直径为10μm的直径为10μm的铂微碟电极之间使用10至1000，与emoxy resigins and plasteient andient andient as andeient and platsient and plastinum disk ElecteD相关的脉冲。结果，可以通过充电探针和样品的电极表面上的电动双层来消耗瞬态电流开始时流动的电流，并且时间常数由电极与双层电极之间的液体电阻的产物表示表达。还观察到，瞬态电流的后半段中的电流对应于充电完成后的法拉多电流，并根据探针和样品电极之间的距离流动。也就是说，充电电流和法拉第电流开始在探头正下方的样品表面上最快流动，并以延迟的方式流向探针以外的外围部分。此外，两种电流都取决于模型样品表面的电特性，从而可以区分导体（铂）和绝缘子（环氧树脂）。但是，当这些电流实际上用作SECM的图像形成信号时，电流图像的表面分辨率显着较低，而不是常规方法（固定DC Faradic电流）的表面分辨率。这样做的原因是，探针和样品电极之间的时间常数会影响表面分辨率，并且有必要输入宽度较短的脉冲，而无需过冲的脉冲，并以高灵敏度检测输出电流。尽管可以通过引入远远超过该设备规范的测量技术来改善这一点，但在本研究的范围内不可能。上述研究结果在第56届国际电化学学会报道（釜山，2006年9月）。