Carbon Composite Microelectrodes: Charge Percolation and Electroanalytical Performance

Abstract

Microelectrodes based on two different epoxy-graphite composites (Araldite-M/HY5162 and Araldite-PY302-2/HY943) that are compatible with organic solvents have been developed and characterized. The variation in the bulk conductivity with graphite particle loading is described by percolation theory and indicates that the particles interact strongly with one another. The percolation threshold is 52% v/v loading of graphite, and this composite exhibits a bulk conductivity of 15 S m(-1). Microdisk electrodes of 25-microm diameter were produced by first etching a microcavity at the tip of a platinum microelectrode, which was then packed with a composite containing 60% v/v graphite so as to optimize both electrical conductivity and the electrode stability in acetonitrile and methanol solutions. Solution phase voltammetry of ferrocene is nearly ideal, and the responses are dominated by radial diffusion (slow scan rates) and semi-infinite linear diffusion (fast scan rates). The microelectrodes display high signal-to-noise ratios, good sensitivity, and low detection limits. The response times given by the product of the resistance, R, and capacitance, C, are 7.5 x 10(-4) and 1.4 x 10(-1) s for the Araldite M and PY302-2 composites, respectively. Although these response times are significantly slower than those associated with microelectrodes based on carbon fibers or metal wires, they are sufficient for time-resolved electroanalytical applications. The long response times arise from the large composite resistances, 3.1 x 10(11) and 8.3 x 10(11) Omega cm(-2) for Araldite M and PY302-2, respectively. Voltammetry of ferrocene in the absence of deliberately added supporting electrolyte is also reported. Significantly, indistinguishable slopes and intercepts for a calibration curve of peak current vs ferrocene concentration where 2 < [ferrocene] < 50 microM are obtained in the presence and absence of supporting electrolyte.

Nanocomposites Based on Polystyrene Sulfonate as Sensing Platforms. Comprehensive Electrochemical Study of Carbon Nanopowders and Carbon‐Nanofibers Composite Membranes

“…Carbon nano-powders (CnP) (particle size < 50 nm) and carbon nano-fibers (CnF) (100 nm in diameter and 20-200 mm in length), were used to prepare the PSS-carbon composite membranes. 0.1 mol L À1 aqueous solutions of KNO 3 and KCl were used as supporting electrolyte in the electrochemical measurements. Potassium ferrocyanide (K 4 [Fe(CN) 6 ]) and methyl viologen dichloride (MV) were used as electrochemical probes to characterize the composite modified electrodes by cyclic voltammetry.…”

“…When the amount of conductive material increases, the resistance drastically drops to values that are only slightly modified although the amount of conductive material is increased. This is denoted as the percolation threshold (PT) [2,3]. In the PT, the amount of conductive filler incorporated to the polymer is sufficient to form a continuous conductive network in the composite.…”

Desenvolvimento, caracterização e aplicação eletroanalítica de um compósito fluido de adesivo epóxi, grafite e ciclo-hexanona

“…Esses materiais podem ser utilizados, por exemplo, para construção de eletrodos para análises eletroquímicas e as vantagens citadas em relação a estes compósitos rígidos, de maneira geral, são facilidade de preparação e regeneração da superfície, resistência mecânica, durabilidade, relativo baixo custo de produção e possibilidade de inserção de modificadores no corpo do eletrodo e não somente em sua superfície. 1,11,15,16 Atualmente existe um grande interesse em compósitos de grafite e adesivo epóxi (mistura de massas iguais de resina epóxi com endurecedor) para diversas finalidades analíticas, como na fabricação de eletrodos convencionais, 31,32 Alguns poucos protocolos da fabricação de tintas elaboradas em laboratório, chamadas de homemade inks, podem ser localizados na literatura 9,33 e consistem na mistura de acetato de celulose, ciclo-hexanona, acetona e pó de grafite.Neste trabalho apresentamos um protocolo para a produção em laboratório de um compósito à base de adesivo epóxi e grafite na presença do solvente ciclo-hexanona (tinta condutora e adesiva). As proporções entre os três componentes da mistura foram avaliadas em relação a características como fluidez, adesividade e resistência ôhmica.…”

“…A resistência elétrica é determinada pela conectividade das partículas condutoras no aglutinante, enquanto o último define a viscosidade do compósito. 1 Vários trabalhos podem ser localizados sobre materiais condutores, como o carbono em suas várias formas alotrópicas e granulares, misturados a alguns polímeros orgânicos isolantes como o PVC, 2,3 teflon, 4,5 polietileno, 6 poliestireno, 7 nafion, 8 acetato de celulose, 9,10 adesivo epóxi, 11,12 borracha silicone, 13,14 dentre outros. Esses materiais podem ser utilizados, por exemplo, para construção de eletrodos para análises eletroquímicas e as vantagens citadas em relação a estes compósitos rígidos, de maneira geral, são facilidade de preparação e regeneração da superfície, resistência mecânica, durabilidade, relativo baixo custo de produção e possibilidade de inserção de modificadores no corpo do eletrodo e não somente em sua superfície.…”

“…Esses materiais podem ser utilizados, por exemplo, para construção de eletrodos para análises eletroquímicas e as vantagens citadas em relação a estes compósitos rígidos, de maneira geral, são facilidade de preparação e regeneração da superfície, resistência mecânica, durabilidade, relativo baixo custo de produção e possibilidade de inserção de modificadores no corpo do eletrodo e não somente em sua superfície. 1,11,15,16 Atualmente existe um grande interesse em compósitos de grafite e adesivo epóxi (mistura de massas iguais de resina epóxi com endurecedor) para diversas finalidades analíticas, como na fabricação de eletrodos convencionais, 17,18 dispositivos com arranjo de microeletrodos de grafite, 15,19 suporte para a formação de filmes metálicos in situ, 20,21 suporte para modificações da superfície na fabricação de biossensores, 22 imunossensores, 23 genossensores 24,25 e dispositivos para análise de pesticidas. 26 São encontrados também em arranjos para células microfluídicas 27 e em microchips para detectores em eletroforese capilar.…”