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론에서 실제로: Allen J. Bard는 어떻게 주사 전기화학 현미경의 혁명을 주도했을까
주사 전기화학 현미경(SECM)은 액체/고체, 액체/기체 및 액체/액체 경계면에서 국소적인 전기화학적 거동을 측정하는 데 사용되는 기술입니다. 이 기술은 1989년 텍사스 대학의 전기화학자 Allen J. Bard에 의해 처음으로 잠정적으로 확인되었습니다. 이후 점차 이론적 기반이 개선되어 화학, 생물학, 재료과학 등의 분야에서 널리 활용되는 기술이 되었습니다.
SECM은 관심 있는 기판 영역 위로 UME(초미세 전극) 팁을 정확하게 이동하여 공간적으로 분해된 전기화학 신호를 획득할 수 있습니다. SECM 신호의 해석은 확산 제한 전류의 개념을 기반으로 합니다. 사용자는 2D 래스터 스캔의 정보를 집계하여 표면 반응성과 화학적 동역학에 대한 이미지를 생성할 수 있습니다. 이 기술은 표면 플라즈몬 공명(SPR), 전기화학적 스캐닝 터널링 현미경(ESTM), 원자력 현미경(AFM)과 같은 다른 특성화 방법을 보완하여 다양한 인터페이스 현상에 대한 심층적인 탐색을 가능하게 합니다.
SECM은 지형 정보를 제공할 뿐만 아니라 고체 물질, 전기촉매 물질, 효소 및 기타 생물리학적 시스템의 표면 반응성을 감지하는 데에도 자주 사용됩니다.
1980년대 전기화학적 나노전극(UME)이 등장하면서 SECM의 고감도 전기화학적 분석 기술이 개발됐다. 1986년 Engstrom의 첫 번째 SECM 유형 실험을 통해 반응 프로필과 수명이 짧은 중간체를 직접 관찰할 수 있었습니다. 얼마 지나지 않아 Bard는 전기화학적 주사 터널링 현미경(ESTM)을 사용한 실험을 통해 전자 터널링과 일치하지 않는 더 넓은 팁-샘플 거리에서도 전류가 여전히 감지될 수 있음을 보여주었습니다. 이 현상은 패러데이 전류와 관련이 있으며 전기화학 현미경에 대한 심층 분석을 촉발했습니다.
1989년 Bard가 제안한 이론적 근거도 그가 처음으로 "주사형 전기화학 현미경"이라는 용어를 제안한 것입니다. 다양한 피드백 모드의 적용을 시연함으로써 Bard는 SECM의 광범위한 유용성을 보여줍니다. SECM 관련 논문의 수는 이론적 기반의 발전과 함께 1999년 약 80편의 논문에서 점차 증가하여 해마다 증가하고 있다. SECM의 인기는 이론적 혁신뿐만 아니라 실험 모드를 더욱 확장하고 기판 범위를 넓히고 감도를 향상시키는 기술 진보에 의해 주도됩니다.
작동원리
SECM은 전해질의 초미세 전극 끝에 있는 전위를 조작하여 산화환원 쌍을 연구합니다. 충분히 음전위를 가하면 초미세 전극 끝부분에서 (Fe3+) 이온이 (Fe2+)로 환원되어 확산 제한 전류가 생성됩니다.
이 공정의 전류 변화는 산화된 종의 농도, 확산 계수, 초미세 전극 팁의 반경을 비롯한 여러 요인과 관련이 있습니다.
SECM에는 피드백 모드와 컬렉션 생성 모드라는 두 가지 주요 작동 모드가 있습니다. 피드백 모드에서는 초미세전극이 전도성 기판에 접근하고 전류가 증가합니다. 대조적으로, 프로브가 절연 표면에 접촉하면 산화된 종을 재생할 수 없기 때문에 전류가 감소합니다.
응용분야
SECM은 고체 물질 표면의 형태와 반응성을 조사하고, 수성 환경에서 이온 결정의 용해 동역학을 추적하고, 전기촉매 물질을 스크리닝하고, 효소의 활성을 밝히고, 합성 및 천연 막과 기타 생물물리학에서의 동적 수송을 연구하는 데 사용되었습니다. 시스템. 초기 실험은 주로 고체-액체 계면에 중점을 두었고 전통적인 전기화학 실험보다 더 높은 공간 분해능과 감도를 제공했습니다.
최근 몇 년 동안 SECM 기술은 액체-액체 및 기체-액체 인터페이스에서 화학 물질 전달 역학을 탐색하기 위해 개선되었습니다.
미세 구조화 측면에서 SECM은 표면의 제조, 패턴화 및 미세 구조화에도 사용됩니다. 스캐닝 프로브 리소그래피(SPL)와 같은 작업은 SECM 구성을 통해 수행할 수 있으며, 이는 효소를 통한 금속 증착, 표면 에칭 및 표면 패터닝 반응을 연구하는 데 도움이 됩니다. 전기화학적 특성과 결합된 SECM은 기존 미세 가공 공정의 크기 제한을 극복합니다.
요약
주사 전기화학 현미경 개발에 대한 Allen J. Bard의 기여는 의심할 여지 없이 매우 중요합니다. 그의 연구는 후속 과학적 탐구를 위한 대체할 수 없는 플랫폼을 제공합니다. 그리고 기술과 이론이 지속적으로 발전함에 따라 SECM이 미래에 새로운 과학적 발견을 주도할 수 있을지 어떻게 생각하시나요?
