光電功能材料課程-(文件)
【正文】 ? 如果作為分子的整體親水性強(qiáng) ， 則分子就會溶于水 ，如果疏水性強(qiáng) ， 則會分離成相 。 ? 親水與疏水共同作用的結(jié)果是：在液面上形成單分子層 ， 親水基團(tuán)位于靠近水的一側(cè) ， 而疏水基團(tuán)則位于空氣的一側(cè) ? 當(dāng)用擋板對亞相液面上的單分子層進(jìn)行壓縮時 ，由于親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的作用 ， 就使得分子一個個整齊地 “ 站立 ” 于亞相表面上 ， 從而形成了整齊有序密集排列的單分子層 氣 —液界面上的單分子層示意圖 整齊排列的單分子層示意圖 亞相液面上單分子膜的特征參數(shù)及狀態(tài) ? 表面壓 π ? 表面電勢 ? 表面粘度 表面壓 π ? 不溶物或難溶物 LB膜材料在亞相水面上形成單分子層后，表面膜中的分子具有二維空間的熱運(yùn)動，這種熱運(yùn)動將對四周圍的邊緣產(chǎn)生壓力，這種壓力與純?nèi)軇r表面分子產(chǎn)生的壓力是不等的，這就是表面壓（又稱為膜壓）的來源。在鋪膜前后，這種電勢差是不一樣的。 液態(tài)膜具有粘結(jié)性 ， 有一定程度的協(xié)同相互作用 ， 也稱為流動態(tài)膜 。 這種構(gòu)型中 ， 表面膜分子垂直或以某一角度傾斜于底相表面 ， 是一種密度大而又堅(jiān)硬或可塑的相 。 ? 由圖可知，不同狀態(tài)在 π A曲線上都有一拐點(diǎn)和突變。 （ 2）水平 附著 法 ? 在拉膜前，首先將固體載片上涂敷一層硬脂酸，然后將其水平接觸液面上的單分子層膜（如圖所示）。 亞相降低法 LB膜技術(shù)的特點(diǎn) ? LB膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ? LB膜技術(shù)的缺點(diǎn) LB膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ? （ 1） 膜厚為分子級水平 （ 納米數(shù)量級 ） ， 具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)； ? （ 2） 可以制備單分子膜 ， 也可以逐層累積 ， 形成多層LB膜或超晶格結(jié)構(gòu) ， 組裝方式任意選擇； ? （ 3） 可以人為選擇不同的高分子材料 ， 累積不同的分子層 ， 使之具有多種功能； ? （ 4） 成膜可在常溫常壓下進(jìn)行 ， 不受時間限制 ， 所需能量小 ， 基本不破壞成膜材料的高分子結(jié)構(gòu)； ? （ 5） LB膜技術(shù)在控制膜層厚度及均勻性方面遠(yuǎn)比常規(guī)制膜技術(shù)優(yōu)越； ? （ 6） 可有效地利用 LB膜分子自身的組織能力 ， 形成新的化合物； ? LB膜結(jié)構(gòu)容易測定 ， 易于獲得分子水平上的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系 。 3. 亞相 亞相通常為超純水，有時也會引入金屬離子。 目前 ， 自組裝體系的研究不僅限于膜體系 ， 還包括納米管 、 微陣列等的組裝 。早期有關(guān)自組裝膜的報(bào)道主要集中于單分子膜的自組裝，且組裝分子與基底多是通過共價鍵連接。 ? 他們首先在硅片上自組裝一層端基為酯基的硅烷單分子膜 ， 隨后將酯基還原為醇 ，表面又轉(zhuǎn)化為羥基 ， 從而又可在其上吸附組裝一層硅烷單分子膜 。 常用活性基團(tuán)有： － COOH、－ PO－ SO－ OH、－ NH2 等等 基板可以是： 金屬（如 Au、 Ag等等） 金屬氧化物（如 AgO、 CuO、 Al2O ITO等等） 非金屬氧化物（如石英、玻璃等） 半導(dǎo)體材料 （如硅、鍺等）等等 溶液濃度根據(jù)具體體系而定，一般比較希，大約 103－ 104mol/L. 自組裝驅(qū)動力： 靜電自組裝 氫鍵自組裝 共價自組裝 配位自組裝 等等 靜電自組裝膜 陽離子與陰離子以靜電吸引形成的自組裝膜。 功能分子離子化的幾種主要途徑 ? (1) 直接引入離子基團(tuán) 。了解手性的產(chǎn)生，傳遞和識別是理解生命體體系的產(chǎn)生和進(jìn)化的重要知識 ?固體表面的手性環(huán)境 :超分子體系在固體表面組裝后 ,由于固體表面本身性質(zhì) ,超分子體系的手性具有獨(dú)特的性質(zhì) 在表面 在空間中 對稱面 吸附 H3COH3CO結(jié)果 :產(chǎn)生手性 OOHNOOHNHHOOHNOOHNHHOOHNOOHNHHOOHNOOHNHH手性納米線 吸附 Surf. Sci., 2022, 76, 1 固體表面手性環(huán)境 生物體系中手性記憶 OMeNHO OHNNNNHHHHO M eNHO OHNNNNHHHHO M eNHOOHNNNNHHHHachiral monomer chiral geust achiral guest plex ee 50% 氫鍵組裝 非手性分子 手性分子 手性分子 Chem. Soc. Rev., 2022, 33, 363 光電分子器械 受體 底物 超分子 分子器件 化學(xué)調(diào)控 光化學(xué)調(diào)控 電化學(xué)調(diào)控 Biotinylated cysteine ? Histidine tags Biomolecular motor nanopropeller Ni post 生物馬達(dá) Science, 2022, 290, 1555 biomolecular motor 分子自組裝雖然取得了一定的進(jìn)展，但是現(xiàn)有的體系仍然存在許多不足： 展望 制備方法：體系的精細(xì)結(jié)構(gòu)的控制 ?研究體系的拓展，從現(xiàn)在的靜態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展到類似生物細(xì)胞的動態(tài)體系 ?超分子體系的功能擴(kuò)展：使體系具有智能化、微型化、 功能集成化和自適化、自修復(fù)和自進(jìn)化能力的器件 SAMs技術(shù)作為一種更加快捷和經(jīng)濟(jì)的制膜手段 ， 廣泛應(yīng)用于制備光 、 電功能的分子薄膜和器件 ， 比如非線性光學(xué)分子器件 、 有機(jī)發(fā)光二極管 、 自組裝分子整流器及自組裝分子導(dǎo)線等 。 真空蒸鍍種蒸鍍分子的運(yùn)動： ? 掃描探針技術(shù)：表面形貌，如：原子力顯微鏡 (AFM)、掃描隧道顯微鏡 (STM)和近場光學(xué)顯微鏡等 ? 電鏡 ? 紫外 可見光譜；紅外光譜；熒光光譜 ? 橢偏儀 ? 電化學(xué)：氧化還原性質(zhì)和表面覆蓋率等 ? 小角 X射線衍射：表征層狀有序結(jié)構(gòu) ? X射線光電子能譜 (XPS):組成分析 等等 …… 薄膜的表征方法 1982年 ， 國際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛 STM 1986年被授予諾貝爾物理學(xué)獎。 隧道電流強(qiáng)度對針尖和樣品之間的距 離有著指數(shù)的依賴關(guān)系 ，當(dāng)距離減小 ， 隧道電流即增加約一個數(shù)量級 。 2. 光纖探頭接近樣品表面，發(fā)生隱失波的耦合，通過光纖把光強(qiáng)信號輸出，光電倍增管把光信號轉(zhuǎn)換為電信
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