Screen‐printed gold thick films for electrochemical sensor applications

Abstract

Siebgedruckte Goldelektroden, gefertigt in der LTCC-Technologie, wurden charakterisiert und für elektroanalytische Anwendungen getestet. Sie wurden mit Rasterelektronenmikroskopie und Zyklovoltammetrie in Schwefelsäure und typischen Redoxpaaren wie den Blutlaugensalzen sowie Hydro- und Benzochinon untersucht. Die Elektroden unterscheiden sich in Morphologie, Mikrostruktur, der Ausbildung von kristallographischen Vorzugsorientierungen und der realen Goldoberfläche in Abhängigkeit von der ausgewählten Dickschichtpaste. Nach einer Vorbehandlung in Schwefelsäure wurde an den Elektroden ein nahezu reversibles Verhalten festgestellt, wenngleich Unterschiede zwischen den Dickschichten bei hohen Scanraten auftreten, die insbesondere bei Chinhydron ausgeprägt sind. Die Unterschiede in der Sensitivität bei geringen Analytkonzentrationen können mit den Oberflächeneigenschaften der Elektroden erklärt werden

Corrosion behaviour of bismuth‐containing gold thick‐film electrodes

“…In a previous work, the behaviour of the SPE was studied during long‐time cyclovoltammetric (1500 cycles) polarisation in 1 M HNO 3 . The SPE was cycled within the whole electrochemical window between the hydrogen and oxygen evolution reaction (HER, OER).…”

“…Details about the screen‐printing process are published elsewhere . After processing, the surface of the SPE constitutes of a gold layer with a number of glass‐ceramic inclusions that cover ≈27% of the total surface area . The interphase between the thick‐film and the LTCC substrate consists of a glass‐ceramic phase which is formed during the firing process and contains the components of both, the thick‐film (contains bismuth oxide) and the substrate (contains lead oxide).…”

“…Due to the manufacturing process, SPE differ from commonly bulk metal electrodes in material composition as well as in surface morphology, which consequently leads to a different electrochemical behaviour . In a previous study, the authors described the electrochemically induced degradation of gold thick‐films of potentiodynamically treated SPEs . The authors hypothesise a combined process of reduction and oxidation of the glass‐ceramic compounds, which results in a degradation of the composite and material failure.…”

“…Conductive thick-films are highly relevant for electronic packaging, [1][2][3][4] photovoltaics [5][6][7] and sensor applications. [8][9][10][11][12][13][14] The manufacturing of such thick-films commonly bases on the screen-printing of a metallisation paste on ceramic substrates followed by a firing process. Metallisation pastes mainly consist of three parts [3] :…”