УГЛЕРОДНАЯ ПАСТА НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ДЛЯ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ ЭЛЕКТРОДОВ
Аннотация
В данной работе описаны разнообразные составы электропроводящих паст на основе поливинилхлорида, подходящих для технологии трафаретной печати. Вышеупомянутая паста представляет собой композитную систему, состоящую из мелкодисперсных частиц проводящего наполнителя, в частности, различных модификаций углерода, которые равномерно диспергированы внутри полимерного связующего. Таким образом, электропроводящие углеродные пасты состоят из трех основных компонентов: проводящего углеродного наполнителя, полимерного связующего и растворителя. Возможно применение в составе пасты иных модифицирующих или стабилизирующих добавок. В работе проведен поиск оптимального соотношения в пастах между полимерным связующим, в качестве которого выбран поливинилхлорид, и суммарным количеством используемых углеродных наполнителей, графитом и газовой сажей. Это позволило получить сравнительно качественные электроды с невысоким удельным электрическим сопротивлением. Для дальнейшего поиска минимально возможного значения удельного электрического сопротивления при выбранной концентрации поливинилхлорида проведена дополнительная серия экспериментов с варьированием соотношений между обоими углеродными наполнителями. Представлены результаты сравнительного анализа поверхности изготовленных электродов методом сканирующей электронной микроскопии, демонстрирующие разницу в качестве покрытия в зависимости от составов. Показано, что в соответствии с требуемыми целями возможно получение электропроводящих углеродных паст с заданными свойствами. Описаны факторы, в результате которых возникают дефекты, влияющие как на процесс трафаретной печати, так и на конечную печатную продукцию. Приведено уникальное графическое представление корреляции итогового значения удельного электрического сопротивления электродов с возможностью проведения трафаретной печати разработанных электропроводящих углеродных паст.
Для цитирования:
Грязнова М.И., Лугвищук Д.С., Караева А.Р., Мордкович В.З. Углеродная паста на основе поливинилхлорида для трафаретной печати электродов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 10. С. 99-104. DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.3y.
Литература
Suresh R., Lakshmanakumar M., Arockia Jayalatha J. Fabrication of screen-printed electrodes: opportunities and challenges. J. Mater. Sci. 2021. V. 56. N 15. P. 8951–9006. DOI: 10.1007/s10853-020-05499-1.
Pérez-Fernández B., Costa-García A., Muñiz A. Electro-chemical (Bio)Sensors for Pesticides Detection Using Screen-Printed Electrodes. Biosensors. 2020. V. 10. 4. DOI: 10.3390/bios10040032.
Beitollahi H., Mohammadi S.Z., Safaei M., Tajik S. Applications of electrochemical sensors and biosensors based on modified screen printed electrodes: A review. Anal. Methods. 2020. N 12. P. 1547-1560. DOI: 10.1039/c9ay02598g.
Taleat Z., Khoshroo A., Mazloum-Ardakani M. Screenprinted electrodes for biosensing: a review (2008–2013). Microchim Acta. 2014. V. 181. P. 865–891. DOI: 10.1007/s00604-014-1181-1.
Huang H., Su S., Wu N., Wan H., Wan S., Bi H., Sun L. Graphene-Based Sensors for Human Health Monitoring. Front. Chem. 2019. V. 7. P. 399. DOI: 10.3389/fchem.2019.00399.
Albanese D., Sannini A., Malvano F., Pilloton R., Di Matteo M. Optimisation of Glucose Biosensors Based on Sol–Gel Entrapment and Prussian Blue-Modified Screen-Printed Electrodes for Real Food Analysis. Food Anal. Methods. 2014. V. 7. P. 1002–1008. DOI: 10.1007/s12161-013-9705-6.
Ping J., Wu J., Ying Y. Development of an ionic liquid modified screen-printed graphite electrode and its sensing in determination of dopamine. Electrochem. Commun. 2010. V. 12. N 12. P. 1738–1741. DOI: 10.1016/j.elecom.2010.10.010.
Dhanapala L., Krause C.E., Jones A.L., Rusling J.F. Printed Electrodes in Microfluidic Arrays for Cancer Bi-omarker Protein Detection. Biosensors. 2020. V. 10. 115. DOI: 10.3390/bios10090115.
Arduini, F., Micheli, L., Moscone, D., Palleschi, G., Pier-marini, S., Ricci, F., & Volpe, G. Electrochemical biosensors based on nanomodified screen-printed electrodes: Recent ap-plications in clinical analysis. Trends Anal. Chem. 2016. V. 79. P. 114–126. DOI: 10.1016/j.trac.2016.01.032.
Mincu N.-B., Lazar V., Stan D., Mihailescu C.M., Iosub R., Mateescu A.L. Screen-Printed Electrodes (SPE) for In Vitro Diagnostic Purpose. Diagnostics. 2020. V. 10. 517. DOI: 10.3390/diagnostics10080517.
Chu Z., Peng J., Jin, W. Advanced nanomaterial inks for screen-printed chemical sensors. Sens. Actuators. B. 2017. V. 243. P. 919–926. DOI: 10.1016/j.snb.2016.12.022.
Smart A., Crew A., Pemberton R., Hughes G., Doran O., Hart J. P. Screen-Printed Carbon Based Biosensors and their Applications in Agri-Food Safety. Trends Anal. Chem. 2020. V. 127. 115898. DOI: 10.1016/j.trac.2020.115898.
Wang K., Frewin C., Esrafilzadeh D., Yu C., Wang C., Pancrazio J., Wallace G. High‐Performance Graphene‐Fiber‐Based Neural Recording Microelectrodes. Adv. Mater. 2019. V. 31. N 5. 1805867. DOI: 10.1002/adma.201805867.
Mazzaracchio V., Tomei M., Cacciotti I. Inside the different types of carbon black as nanomodifiers for screen-printed electrodes. Electrochim. Acta. 2019. V. 317. P. 673-683. DOI: 10.1016/j.electacta.2019.05.117.
Svancara I., Walcarius A., Kalcher K., Vytras K. Carbon paste electrodes in the new millennium. Cent. Eur. J. Chem. 2009. V. 7. P. 598–656. DOI: 10.2478/s11532-009-0097-9.
Hernández-Ibáñez N., García-Cruz L., Montiel V., Foster C.W., Banks C.E., Iniesta J. Electrochemical lactate biosensor based upon chitosan/carbon nanotubes modified screen-printed graphite electrodes for the determination of lactate in embryonic cell cultures. Biosens. Bioelectron. 2016. V. 77. P. 1168–1174. DOI: 10.1016/j.bios.2015.11.005.
Kim Y.-R., Bong S., Kang Y.-J., Yang Y., Mahajan R.K., Kim J.S., Kim H. Electrochemical detection of dopamine in the presence of ascorbic acid using graphene modified electrodes. Biosens. Bioelectron. 2010. V. 25. N 10. P. 2366–2369. DOI: 10.1016/j.bios.2010.02.031.
Della Pelle F., Angelini C., Sergi M., Del Carlo M., Pepe A., Compagnone D. Nano carbon black-based screen printed sensor for carbofuran, isoprocarb, carbaryl and fenobucarb detection: application to grain samples. Talanta. 2018. V. 186. P. 389–396. DOI: 10.1016/j.talanta.2018.04.082.
McCreery R.L. Advanced Carbon Electrode Materials for Molecular Electrochemistry. Chem. Rev. 2008. V. 108. N 7. P. 2646–2687. DOI: 10.1021/cr068076m.
Tang Y., Petropoulos K., Kurth F., Gao H., Migliorelli D., Guenat O., Generelli S. Screen-Printed Glucose Sensors Modified with Culture Monitoring. Biosensors. 2020. V. 10. 125. DOI: 10.3390/bios10090125.
García-Miranda Ferrari A., Elbardisy H.M., Silva V., Belal T.S., Talaat W., Daabees H.G., Brownson D.A.C. The influence of lateral flake size in graphene/graphite paste electrodes: an electroanalytical investigation. Anal. Methods. 2020. V. 12. 16. DOI: 10.1039/d0ay00169d.
Khan Yu.A., Dyachkova T.P., Burakova E.A., Sukhinin A.A., Titov G.A., Degtyarev A.A. Formation of hybrid particles in the interaction of different carbon nanostructures. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 59-65. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.6907.
Griaznova M.I., Lugvishchuk D.S., Gryaznov K.O., Filimonenkov I.S., Mitberg E.B., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z. Exfoliated graphite application in pastes for screen printed electrochemical sensors. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 59-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.3y.
