硼掺杂金刚石膜电极的制备及电场数值模拟

【摘要】金刚石是一种具有多种优异性质的半导体材料，可以通过掺入硼元素来制得P型导电的硼掺杂金刚石膜。由于具有宽电势窗口、低背景电流、低吸附特性和高化学惰性的优点，硼掺杂金刚石膜作为电极被广泛的应用于电化学领域。本文创新性地将硼掺杂金刚石膜电极应用于生物领域，研究了其在琼脂糖凝胶电泳实验中的应用。本文采用热丝化学气相沉积（HFCVD）法制备了硼掺杂金刚石膜，并通过扫描电镜、Raman光谱、X射线衍射和循环伏安法等表征手段对金刚石膜的质量以及电化学性能进行了分析。结果表明所制备的金刚石膜获得了有效的硼掺杂，并且具有良好的晶形，电化学性能优于传统电泳实验中的铂丝电极。利用有限元数值分析的方法模拟了金刚石膜电极在电泳槽中的电场分布，并比较了铂丝电极和金刚石膜电极在不同形状的电泳槽中电场分布的区别。对于商用的底部有凸起的电泳槽，凸起部分可以增加电泳槽中心区域的电场强度，但会导致其他区域的电场均匀性变差。在具有相同构型的电泳槽内，使用金刚石膜电极所产生的电场强度比使用铂丝电极的大。比较使用金刚石膜电极的新型无凸起电泳槽与使用铂丝电极的商用电泳槽的槽内电场分布，发现了新型金刚石膜电极电泳槽不仅槽内电场强度远高于商用电泳槽，电场强度均匀。最后，通过琼脂糖凝胶电泳实验验证了硼掺杂金刚石膜电极作为电泳槽电极的可行性。结果表明金刚石膜电极不仅可以替代传统的铂丝电极，而且还可以得到更为理想的实验结果，并且金刚石膜电极具有易清洗和多次重复利用的优点，这是传统铂丝电极所不具备的。
【作者】孙博文；
【导师】李红东；刘钧松；
【作者基本信息】吉林大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】硼掺杂金刚石膜；CVD；电场分布；有限元模拟；琼脂糖凝胶电泳；

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