于 謙， 張文光， 尹雪樂

(上海交通大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

神經(jīng)假體能夠直接替代神經(jīng)系統(tǒng)中喪失功能的部分，可以通過干預(yù)神經(jīng)活動的調(diào)節(jié)過程來幫助病人恢復(fù)失去的知覺或運(yùn)動功能[1].神經(jīng)電極是神經(jīng)假體中的重要組成部分.神經(jīng)電極直接與神經(jīng)組織接觸，通過記錄電極周圍神經(jīng)元釋放的電信號，或通過外部控制來釋放電刺激，以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)假體與中樞或外周神經(jīng)系統(tǒng)之間的信息傳遞[2].

由于具有較高的導(dǎo)電率、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，鉑(Pt)等貴金屬常被用作神經(jīng)電極位點(diǎn)材料[3].電極位點(diǎn)材料具有較高的電荷存儲能力，可以有效緩解電極在工作環(huán)境中的電解作用；位點(diǎn)材料的電化學(xué)阻抗較低，能夠減少能量消耗并降低信噪比[4].但是，目前的神經(jīng)電極仍然存在電荷存儲能力較差、電化學(xué)阻抗較高等問題，不利于電極信號的采集和電刺激釋放.電極位點(diǎn)的表面積越大，所提供離子吸附的空間越大，其電荷存儲電荷的能力越強(qiáng).然而，為了減小植入損傷，對電極的尺寸和位點(diǎn)的面積有著嚴(yán)格的限定.因此，如何在嚴(yán)格的尺寸限制下盡可能擴(kuò)大電極位點(diǎn)的有效表面積的研究成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[5-6]，而且具有針椎狀、球狀或不規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)的鉑[7-8]、導(dǎo)電聚合物[9-11]、碳納米管復(fù)合材料[12-14]和高聚物水凝膠[15]等材料被廣泛用于電極的優(yōu)化設(shè)計研究中，且都在一定程度上優(yōu)化了電極表面的電化學(xué)性能.

利用傳統(tǒng)的電沉積法制備鉑電極表面微觀結(jié)構(gòu)時，需采用含有大量鉑鹽的電解液來提供鉑離子，但其鉑離子的利用效率較低，造成了貴金屬鹽的浪費(fèi).研究表明[15]，鉑電極表面的粗糙化處理可以在不含鉑鹽的電解液中完成，即利用鉑原子自身的氧化還原反應(yīng)來改變電極表面微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變其電化學(xué)性能.電沉積粗糙化處理同時能夠增強(qiáng)電極位點(diǎn)與其他功能性涂層間的結(jié)合力，并提高電極性能的穩(wěn)定性[16].然而，采用這種方法得到的表面微觀結(jié)構(gòu)雜亂無章，難以進(jìn)一步分析納米級微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的深層關(guān)系，而且微觀結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸也難以控制.研究表明[6-7]，電解液中添加表面活性劑、絡(luò)合劑以及各種無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)能夠改變電沉積物的晶粒尺寸和生長形態(tài).另外，選用適當(dāng)?shù)奶砑觿?如氯化銨)作為結(jié)晶調(diào)整劑，有利于在金屬表面局部凸起處產(chǎn)生放電現(xiàn)象，促進(jìn)沉積物的縱向生長，從而得到定向沉積的納米級針錐狀結(jié)構(gòu)[17].

因此，本文提出了一種新的電沉積方法，在鉑電極表面電沉積粗糙化處理過程中添加適量的氯化銨作為結(jié)晶調(diào)整劑，以達(dá)到電極表面微觀結(jié)構(gòu)的定向改性和性能優(yōu)化的目的，并能夠降低試驗(yàn)成本.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

丙酮(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，無水乙醇(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，用于電極表面預(yù)清潔；硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，其稀溶液(0.5 mol/L)將作為電極表面活化和電沉積過程的電解液；磷酸鹽緩沖液PBS(pH=7.2～7.4，濃度為0.01 mol/L培養(yǎng)基，Cat. No.P1010)，用于模擬神經(jīng)電極工作環(huán)境，進(jìn)行電化學(xué)性能測試；鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，硼酸(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，氫氧化鈉(分析純，上海泰坦科技股份有限公司)，用于調(diào)節(jié)電解液的pH值；氯化銨(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，用作電沉積過程中的結(jié)晶調(diào)整劑.試驗(yàn)用水均為去離子水.

SY1200-T型超聲波清洗器(上海聲源超聲波儀器設(shè)備有限公司)，用于電極預(yù)清潔和超聲震蕩處理； CHI660D型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)，用于電沉積及電化學(xué)性能測試；德國BINDER公司生產(chǎn)的BD 53恒溫培養(yǎng)箱，用于控制電解液的溫度；美國FEI公司生產(chǎn)的Sirion 200掃描電子顯微鏡，用于觀察電極表面形貌.

本文中所有電極表面處理和電化學(xué)特性測試試驗(yàn)，均采用采用三電極體系.鉑電極(直徑2 mm，Pt質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.999%)為工作電極，Ag|AgCl電極為參比電極，213型鉑片電極(2.5 mm×4.5 mm×0.1 mm)為對電極，3種電極均購自武漢高仕睿聯(lián)科技有限公司.文中所有電極電位均相對Ag|AgCl電極而言.

1.2 電極表面處理過程

首先，對電極表面進(jìn)行打磨、拋光、清潔等預(yù)處理操作.利用粒度2500#的金相砂紙打磨鉑電極表面，至電極表面顯鏡像；依次使用粒度1.0，0.3，0.05 μm的氧化鋁拋光粉對電極進(jìn)行拋光，再用去離子水沖洗電極表面；然后，將電極置于丙酮與無水乙醇的混合溶液(體積比1∶1)中，進(jìn)行15 min的超聲波清洗；用去離子水清洗電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下烘干后備用.

然后，使用電化學(xué)工作站，進(jìn)行電極表面活化處理.在濃度為0.5 mol/L的硫酸溶液中，對鉑電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，直至獲得重合的曲線，掃描速度為0.05 V/s，電位窗為-0.2～+1.25 V.

最后，使用電化學(xué)工作站的三電極體系，在鉑電極表面進(jìn)行電沉積處理.電解液為0.5 mol/L的硫酸溶液，根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康?，會在電解液中加入適量的氯化銨，并調(diào)整其他試驗(yàn)條件.電化學(xué)工作站的設(shè)置[16]為周期性高頻方波掃描，頻率為1 kHz，掃描速度為0.5 V/s，電位窗為-0.4～+2.4 V，持續(xù)時間5 min，該設(shè)置在本文所有電沉積試驗(yàn)中保持不變.在溫度為20 ℃的電解液中加入2 mol/L的氯化銨，再重復(fù)相同的電沉積處理過程，以對比氯化銨添加前后的影響.為了觀察電解液環(huán)境對電極表面電化學(xué)性能的影響，本文分別改變了氯化銨濃度(2，3，4，5 mol/L)和電解液溫度(20，30，40，50 ℃).當(dāng)改變氯化銨濃度時，電解液溫度保持20 ℃不變；當(dāng)改變電解液溫度時，氯化銨濃度保持2 mol/L不變.

1.3 性能測試

1.3.1表面形貌測試 本文試驗(yàn)使用FEI公司的Sirion 200型掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)觀察電沉積處理后的的鉑電極表面形貌，加速電壓設(shè)置為5.00 kV，放大倍數(shù)從100到 20 000，對電極表面進(jìn)行了表征.

1.3.2電化學(xué)性能測試 為了評價電沉積前后神經(jīng)電極表面的電化學(xué)性能，利用CHI660D電化學(xué)工作站對鉑電極進(jìn)行了雙層電容Cdl、陰極電荷存儲能力CSCc的相關(guān)測試.

試驗(yàn)中，使用的電極在預(yù)處理后的電化學(xué)特性基本一致，結(jié)果討論中的數(shù)據(jù)均為至少3個樣品測試結(jié)果的平均值.

雙層電容是衡量神經(jīng)電極表面電荷存儲能力的重要指標(biāo)之一，表示雙電層充電過程中存儲的電荷量，整個過程中不涉及法拉第反應(yīng).雙層電容的測量在pH=7.4的磷酸鹽緩沖液中進(jìn)行，設(shè)置電位窗為 -0.2～-0.1 V，以0.05 V/s的速度進(jìn)行循環(huán)伏安掃描[16].在此電位范圍內(nèi)，只會產(chǎn)生充電電流而不會引起法拉第反應(yīng).取電位E=-0.15 V時的電流值作為陰極和陽極的充電電流icc、ica，雙層電容為

(1)

式中：v為掃描速度；S為電極表面積.

陰極電荷存儲能力CSCc是測量在某一電位窗內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安測試時，通過電極表面電荷總量的參數(shù)[3,10,18].CSCc值越大，表示在進(jìn)行電刺激時電極表面釋放的電荷量越大，在記錄信號時采集到的電荷密度越高[3].同時，CSCc體現(xiàn)了在可逆法拉第反應(yīng)中，電極表面存儲電荷的能力，是衡量電極電刺激性能的重要指標(biāo)之一[19].CSCc測量方法為，在pH=7.4的磷酸鹽緩沖液，設(shè)置電位窗為-0.6～+0.8 V，以0.05 V/s的速度進(jìn)行循環(huán)伏安掃描[7].CSCc的計算公式為

(2)

式中：Ea和Ec分別代表陽極和陰極的電位極限，即 +0.8 V 和-0.6 V.

1.3.3穩(wěn)定性測試 神經(jīng)電極表面性能的穩(wěn)定性決定其能否在神經(jīng)組織中長期有效工作.

機(jī)械穩(wěn)定性是通過對電極進(jìn)行超聲震蕩、觀察電極性能變化來判斷的[20].在室溫下，將電極置于磷酸鹽緩沖液中，再放置于超聲波清洗器中進(jìn)行不同時長(10，30 min)的超聲處理；然后，對其進(jìn)行循環(huán)伏安測試，以比較不同時長超聲處理后電極的CSCc.

電化學(xué)穩(wěn)定性是通過對電極施加電脈沖刺激、對比其前后性能的變化情況來判斷的[21].在室溫下，將電極置于磷酸鹽緩沖液中，利用電化學(xué)工作站和三電極體系，向電極施加不同時長(10，30 min)，頻率為50 Hz的電流脈沖，電流為500 μA，脈沖寬度為100 μs；然后，對其進(jìn)行循環(huán)伏安測試，以比較不同時長電脈沖刺激后電極的CSCc.

2 結(jié)果與討論

為了驗(yàn)證氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑對電沉積的優(yōu)化效果，本文比較了鉑電極在以下3種狀態(tài)下的表面形貌和電化學(xué)性能參數(shù)：① 光滑Pt(Bare Pt)電極，預(yù)處理之后的光滑鉑電極，即電沉積處理之前的電極；② 無規(guī)則Pt(Irregular Pt)電極，室溫電沉積過程中未添加氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑，得到經(jīng)過無規(guī)則電沉積的鉑電極；③ 定向Pt(Oriented Pt)電極，電沉積過程中加入氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑，得到經(jīng)過定向電沉積的鉑電極.

2.1 表面形貌表征結(jié)果

利用電化學(xué)工作站，在電極表面施加高頻電壓脈沖，能夠引發(fā)重復(fù)的氧化還原反應(yīng)，促使鉑電極表面重復(fù)形成水合氧化物層.在這個過程中，內(nèi)層鉑原子也會不斷地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，重復(fù)進(jìn)行析出、沉積的過程，使得鉑原子重新排列，最終形成粗糙化的表面[22].

氯化銨常被用作電沉積過程中的結(jié)晶調(diào)整劑[7,8,23]，為電解液提供銨根離子.一方面，銨根離子可以取代氫離子，吸附在沉積物的某些晶面上，從而阻礙晶面生長，導(dǎo)致結(jié)晶物沿特定方向生長；另一方面，鉑、鎳、銅等金屬離子易與含胺配位體絡(luò)合，形成具有高反應(yīng)活性的放電絡(luò)合離子，在電極表面形成局部的高速結(jié)晶生長點(diǎn)[24].

本文通過控制電脈沖的強(qiáng)度和頻率，并在電解質(zhì)溶液中添加氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑，使得原本不規(guī)則排列的鉑原子在沉積過程中定向沉積、結(jié)晶，在電極表面形成相對有序、規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu).圖1～4中，電極參與的所有電沉積過程，其電化學(xué)工作站設(shè)置完全相同，具體見章節(jié)1.2，電解液溫度均為20 ℃；涉及到的定向電沉積過程中，氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑的濃度均為2 mol/L.

圖2 無規(guī)則Pt電極表面出現(xiàn)的沉積物Fig.2 Sediment on irregular Pt surface

圖3 定向Pt電極表面的錐形沉積物Fig.3 Conical sediment on oriented Pt surface

圖4 團(tuán)簇狀沉積物形貌Fig.4 Morphology of a cluster of sediment

圖1所示為電沉積處理前后的鉑電極表面形貌SEM照片，放大倍數(shù)為100.圖1呈現(xiàn)出完整的鉑盤電極.對比圖1(a)與(b)、(c)，可明顯看出，電沉積處理后鉑電極表面形貌發(fā)生了改變，電極表面出現(xiàn)許多沉積物.由于放大倍數(shù)較小，此處暫時無法明顯觀察出圖1(b)和(c)，即無規(guī)則Pt電極和定向Pt電極表面形貌的區(qū)別.

圖2是無規(guī)則Pt電極表面形貌的高倍SEM照片.可以看到一些凸起的、與基底顏色相同的沉積物，多數(shù)呈液滴狀，不具有固定的形狀，且尺寸小、分布稀疏.圖3是定向Pt電極表面的高倍SEM照片.可以看到團(tuán)簇狀有序排列的沉積物，及其周圍附著的獨(dú)立的錐形沉積物.這些與基底顏色相同的獨(dú)立沉積物，是鉑原子析出后重新沉積在電極表面所形成的.沉積物為錐形，則是由于氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑中銨根離子的附著為鉑原子提供了錐形的模板，從而引導(dǎo)鉑原子定向沉積.

由圖2和3還可見，無規(guī)則Pt電極和定向Pt電極表面沉積物的尺寸和分布密度相差較大.定向Pt電極表面相對更多、更大的錐形沉積物，能進(jìn)一步提升電極的比表面積，為電荷吸附提供更大空間.

另外，圖2、3中的團(tuán)簇狀沉積物(見圖4)呈黑色，推測是一種導(dǎo)電性稍差的鹽類物質(zhì)，其有序排列的沉積形狀為鉑原子提供了附著的空間，促使鉑原子在沉積過程中能夠有序排列、密集分布.

2.2 電化學(xué)性能測試結(jié)果

2.2.1雙層電容 雙層電容是衡量電極表面電荷存儲能力的重要指標(biāo)之一，表示雙電層充電過程中存儲的電荷量.雙電層充電過程中，由于電位范圍限制，不涉及法拉第反應(yīng)過程，避免了在電極表面與神經(jīng)組織接觸界面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)變化.圖5所示為雙層電容的循環(huán)伏安曲線，在-0.2～-0.1 V的電位范圍內(nèi)，循環(huán)伏安曲線上只出現(xiàn)了一個峰值，并且所有電流都是負(fù)值，證明在這種情況下只會進(jìn)行充電反應(yīng)，只產(chǎn)生充電電流.另外，圖5中標(biāo)出了電位(E)為 -0.15 V時陰極、陽極充電電流的平均值(I)，可以直觀地觀察到定向Pt電極表面的雙層電容明顯高于無規(guī)則Pt電極，且兩者都高于光滑Pt電極表面的雙層電容.

圖5 測量雙層電容的循環(huán)伏安曲線Fig.5 Cyclic voltammetry for double layer capacitance

表1 電化學(xué)性能測試結(jié)果Tab.1 Test results of electrochemical performance

表1列出了3種電極的電化學(xué)性能測試結(jié)果.可見，光滑Pt電極的表面雙層電容為3.246 mF/cm2，無規(guī)則Pt電極的表面雙層電容升高至4.836 mF/cm2，提高了49.0%，定向Pt電極的表面雙層電容提升至6.134 mF/cm2，相較于光滑Pt電極和無規(guī)則Pt電極，分別提高了89.0%和26.8%.這說明，在電沉積過程中添加氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑，能夠進(jìn)一步提高電極表面雙層電容，提升雙層電容這一電化學(xué)性能的優(yōu)化效果.

2.2.2陰極電荷存儲能力 由于神經(jīng)電極采集的電信號、釋放電刺激的電位范圍不確定，在實(shí)際應(yīng)用中，既可能發(fā)生雙電層充電過程，也可能經(jīng)歷法拉第反應(yīng)過程.所以，本文采用了雙層電容和CSCc這兩個性能參數(shù)，以表示不同情況下的電極表面電荷存儲量.

圖6所示為-0.6～+0.8 V電位下的循環(huán)伏安曲線.因?yàn)镃SCc和循環(huán)伏安曲線圍成的面積成正比例關(guān)系，所以通過比較3種電極的循環(huán)伏安曲線圍成的面積，可以初步觀察到氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑的作用，即定向電沉積對CSCc產(chǎn)生的影響.

圖6 測量陰極電荷存儲能力的循環(huán)伏安曲線Fig.6 Cyclic voltammetry for cathodic charge storage capacity

由式(2)計算所得CSCc見表1.可見光滑Pt電極的CSCc為4.544 mC/cm2；無規(guī)則Pt電極的CSCc升高至7.084 mC/cm2，提高了55.9%；定向Pt電極的CSCc提升至13.152 mC/cm2，相較于光滑鉑電極和無規(guī)則電沉積處理的鉑電極，分別提高了189.4%和85.7%.這說明本文使用的電沉積方法能夠明顯提高電極表面的CSCc，而且定向電沉積具有進(jìn)一步提升性能優(yōu)化效果的作用.

2.3 穩(wěn)定性測試結(jié)果

2.3.1機(jī)械穩(wěn)定性 在PBS溶液中，對定向Pt電極進(jìn)行不同時長的超聲波震蕩處理后，再次測量其表面CSCc，驗(yàn)證電極表面性能的機(jī)械穩(wěn)定性，其結(jié)果見表2.可見：經(jīng)過10 min的超聲震蕩，定向Pt電極的CSCc由13.152 mC/cm2下降至9.467 mC/cm2，降幅為28.0%；經(jīng)過30 min，CSCc下降至8.696 mC/cm2，降幅縮小至8.1%.雖然定向Pt電極的CSCc隨著超聲震蕩時間增長而持續(xù)降低，但是下降幅度顯著縮小，說明其性能逐漸趨于穩(wěn)定.而且，在經(jīng)過30 min的超聲處理后，定向Pt電極的CSCc仍然接近于光滑Pt電極CSCc的2倍，表現(xiàn)出穩(wěn)定的、明顯的優(yōu)化效果.

表2 定向Pt電極機(jī)械穩(wěn)定性的測試結(jié)果Tab.2 Mechanical stability test results of oriented Pt

2.3.2電化學(xué)穩(wěn)定性 在PBS溶液中，對定向Pt電極施加不同時長的電流脈沖刺激，觀察其性能優(yōu)化后的電化學(xué)穩(wěn)定性.如表3所示，經(jīng)過10 min的電流脈沖刺激，電極表面CSCc降至10.596 mC/cm2，降幅為19.4%；經(jīng)過30 min的電流脈沖刺激，CSCc降至8.556 mC/cm2，降幅為19.3%.定向Pt電極表面CSCc隨著施加電流的時間增長而降低，下降幅度有逐漸減小的趨勢，電化學(xué)性能在一定程度上趨于穩(wěn)定.經(jīng)過30 min的電流脈沖刺激后，定向Pt電極的 CSCc仍然接近于光滑Pt電極CSCc的2倍，具有良好的性能優(yōu)化效果.

表3 定向Pt電極電化學(xué)穩(wěn)定性的測試結(jié)果Tab.3 Electrochemical stability test results of oriented Pt

2.4 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的影響

2.4.1氯化銨濃度 本文分別設(shè)置了4組氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑濃度(c)的電解液，進(jìn)行電沉積試驗(yàn).通過對比沉積后的電極表面CSCc，分析了氯化銨濃度對電化學(xué)性能優(yōu)化效果的影響.

經(jīng)過測試試驗(yàn)與計算，得到表4和圖7中的結(jié)果.可見，在電解液溫度為20 ℃的情況下，氯化銨濃度為4 mol/L時，定向電沉積的優(yōu)化效果最佳.相較于2 mol/L時，定向Pt電極表面CSCc得到了進(jìn)一步提高，升至16.862 mC/cm2，上升了28.2%.氯化銨濃度高于4 mol/L時，優(yōu)化效果反而趨于下降.

造成這種結(jié)果的原因?yàn)椋弘S著氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑濃度在一定范圍內(nèi)的升高，表面沉積層的縱向生長越來越明顯，錐形沉積物密度和尺寸會越來越大，電極表面比表面積增大，CSCc也會隨之升高.然而，如果氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑濃度繼續(xù)升高，超出某一范圍后，氯化銨可能會在溶液中飽和析出，也不具有提升電極表面的性能優(yōu)化效果.

表4 不同氯化銨濃度下定向Pt電極的CSCc測試結(jié)果

Tab.4 Test results of oriented Pt’s CSCc with different concentrations of modifier

c/(mol·L-1)CSCc/(mC·cm-2)213.152313.471416.862515.250

圖7 不同試驗(yàn)參數(shù)對定向Pt電極表面CSCc的影響Fig.7 Effects of different experimental parameters on oriented Pt’s CSCc

2.4.2電沉積時電解液溫度 為研究電解液溫度(T)對電沉積性能的影響，本文分別設(shè)置了5組不同溫度下的的電沉積試驗(yàn)，通過對比沉積后的電極表面CSCc，以分析電解液溫度對電化學(xué)性能優(yōu)化效果的影響.

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析，得到表5和圖7中的結(jié)果.可見，在電沉積過程中，氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑濃度為2 mol/L的情況下，如果電解液溫度低于50 ℃，則電極表面CSCc與電解液溫度正相關(guān)，即電沉積優(yōu)化效果隨溶液溫度升高而得到提升.在電解液溫度為50 ℃時，定向Pt電極表面CSCc可以達(dá)到16.627 mC/cm2，比20 ℃時提高了25.7%；但是當(dāng)電解液溫度超過50 ℃后，定向Pt電極表面CSCc開始隨溫度升高而下降，說明電沉積優(yōu)化效果開始減弱；在電解液溫度為60 ℃時，得到的電極表面CSCc略微下降，為16.106 mC/cm2.

較高的電解液溫度，能夠提高金屬離子的補(bǔ)給速度，有利于沉積物晶粒的連續(xù)生長，提高電極表面微觀結(jié)構(gòu)的深寬比，進(jìn)一步提高電化學(xué)性能.但是，過高的溫度會使加快電解液蒸發(fā)，導(dǎo)致電解液體系發(fā)生變化，同時，維持電解液溫度也需要消耗更多的能量.因此，當(dāng)電解液溫度達(dá)到一定臨界溫度后，繼續(xù)升溫反而會對電沉積效果產(chǎn)生負(fù)面影響.

表5 不同電解液溫度下定向Pt電極的CSCc測試結(jié)果

Tab.5 Test Results of oriented Pt’s CSCc with different temperatures of electrolyte

T/℃CSCc/(mC·cm-2)2013.1523013.3414014.7865016.5276016.106

3 結(jié)論

(1) 在電沉積過程中加入氯化銨作為結(jié)晶調(diào)整劑，能夠使得電極表面微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一定規(guī)律性，實(shí)現(xiàn)電極表面微觀結(jié)構(gòu)的定向制備.

(2) 相較于無規(guī)則電沉積處理，定向電沉積能夠進(jìn)一步提高電極表面雙層電容及陰極電荷存儲能力，分別提高了26.8%、85.7%.

(3) 優(yōu)化處理后的電極性能具有機(jī)械和電化學(xué)穩(wěn)定性，在分別經(jīng)過30 min的超聲震蕩處理和電脈沖刺激后，其表面陰極電荷存儲能力仍然保持在較高的水平，相較于未處理的光滑電極，仍然高出約100%.

(4) 電沉積過程中的試驗(yàn)條件設(shè)置對電極表面的性能優(yōu)化效果具有影響：在其他試驗(yàn)條件相同的情況下，當(dāng)氯化銨結(jié)晶調(diào)整劑濃度為4 mol/L，或者電解液溫度為50 ℃時，電極表面陰極電荷存儲能力可能達(dá)到最高值，即達(dá)到最佳的優(yōu)化效果.

本文提出的試驗(yàn)方法，具有高效、可控、資源友好的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高電極表面電化學(xué)性能，其性能提升的穩(wěn)定性也得到了驗(yàn)證，可以應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域的后續(xù)研究中.本文對鉑電極表面微觀結(jié)構(gòu)的定向制備，也可能產(chǎn)生增強(qiáng)涂層間結(jié)合力的效果.因此，本文的方法還可以用于進(jìn)一步優(yōu)化神經(jīng)電極及其涂層的功能，提高神經(jīng)電極采集和釋放電信號的質(zhì)量.