光電功能材料課程--在線瀏覽
2024-11-10 15:33本頁面
【正文】 并行多信號記錄材料、非線性光學(xué)膜（各種非線性器件）、各類傳感器（紅外，氣敏等）、仿生膜（嗅覺、視覺等人工器件）等等 表面分子自組裝研究及應(yīng)用 SA（ self assembly)膜 ? 自組裝定義 ? 自組裝膜主要特點 ? 單分子自組裝膜簡介 ? 硅烷衍生物的 SA多層膜 ? 具有非線性光學(xué)特性的無中心對稱的 SA膜 ? 靜電力自組裝沉積多層膜 ? 所謂自組裝 (selfassembly)， 顧名思義就是自發(fā)地組裝 ， 通常是通過分子間的化學(xué)鍵或超分子作用在一定的條件下自發(fā)地形成特定的有序結(jié)構(gòu) 。 分子自組裝的定義 超分子體系與大分子體系的區(qū)別 自組裝膜主要特點 ? 自組裝膜是自組裝技術(shù)研究中最先研究也是最可能在電子器件中得到實際應(yīng)用的體系，是具有一定功能特性的分子通過化學(xué)鍵作用自發(fā)吸附在固 /液或氣/固界面而形成的熱力學(xué)穩(wěn)定和能量較低的有序膜。Sagiv在 1980年首次報道了自組裝單分子膜，他報道了在固體基片表面組裝氧硅烷的結(jié)果，從此將自組裝膜技術(shù)成為一種專門的成膜技術(shù)進行研究。硅烷在硅表面、硫醇在金表面的自組裝單分子膜是研究最多的體系 [10, 32]。 單分子 SA膜的組裝示意圖 硅烷衍生物的 SA多層膜 ? Tillman等人首先制備了硅烷MTST(methyl23(trichlorosilyl)tricosano的多層膜 [2]。 ? 重復(fù)以上過程就可得到硅烷的多層膜 。（ Bigelow W C, Pickett D L, Zisman W A. J. Colloid Interfa ce Sci., 1946, 1: 513 517） ?1980年德國 Gottingen的 Kuhn實驗室 .經(jīng)過多年實踐，他們用氯硅烷的衍生物在玻璃表面進行組裝，得到了疏水的單分子膜［ 4］真正有關(guān)自組裝的早期研究工作始 .（ Sagiv J. J. Am. Chem. Soc.,1980,102:9298） ?1983年， Nuzzo等用二正烷基二硫醚的稀溶液在金表面進行組裝，得到了硫醇的單分子層 . 從此自組裝技術(shù)才真正引起人們的重視，并且得到了廣泛的研究，建立了多種自組裝體系 .（ Nuzzo R G, Allara D L. J. Am. Chem. Soc., 1983, 105: 4481 4 483） 自組裝薄制備發(fā)展簡史 自組裝過程 將預(yù)先清洗和表面活化的基板浸泡在含有表面活性物質(zhì)的溶液，通過表面活性物質(zhì)的活性基團和基板相連接，在基板上形成致密有序自組裝薄膜。 氫鍵自組裝 Langmuir 1999, 15, 13601363 共價自組裝 R S H + A u 0 n R S A u + A u 0 n 1 + 1 / 2 H 2 Assembly Solution Au 基片 共價自組裝 Synthesis S H N O 2 例：共價自組裝場效應(yīng)管制備 利用水解和縮和形成共價鍵進行自組裝 配位鍵自組裝 Langmuir 1999, 15, 48424846 自組裝驅(qū)動力的種類還有很多 ，比如離子鍵組裝 、 電荷交換組裝等 ，也可以是兩種或多種驅(qū)動力共同作用的自組裝 。 改變聚合物的濃度 、 離子強度 ， 可在納米尺度內(nèi)剪裁膜的厚度及結(jié)構(gòu) 。 ? (2) 納米微粒表面用帶電荷的小分子處理 。 分子自組裝研究的意義 表面分子自組裝的常見體系 L L L L M 囊狀體系 (cage type system) H H G 主客體系 (hostguest system) A B C D 層狀薄膜體系 (hierarchical layers systems) 層狀薄膜體系 ?層狀薄膜是基于分子界面組裝來實現(xiàn)的 ,構(gòu)筑和功能層狀組裝超薄膜一直是超分子化學(xué)研究的熱點 ?制備方法主要分為三大類 : ?LB膜技術(shù) ?化學(xué)吸附的自組裝技術(shù) ?交替沉淀的技術(shù) 化學(xué)吸附薄膜 化學(xué)吸附薄膜的種類 化學(xué)吸附薄膜形成 交替沉淀組裝膜 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 HOOC HOOC HOOC COOH COOH COOH NNNNNNI IIO2S O2S O2S SO2Cu SO2Cu SO2Cu NNNNNNI II靜電組裝 氫鍵組裝 配位鍵組裝 polycation Water polyanion Water dry rinse rinse dry + + + + + + + GOD GOD GOD GOD GOD GOD GA GA GA GA GA GA 葡萄糖 +H2O 2β –D葡萄糖 2β –D葡萄糖 葡萄糖酸 + H2O2 H2O2 O2 + 2e + H+ GOD GA GA:葡萄糖氧化酶 GOD:葡萄糖淀粉酶 應(yīng)用實例 生物傳感器 Chem. Phy., 1996, 197, 147 囊狀材料制備 機械性能 熱穩(wěn)定性 電化學(xué)性質(zhì) 滲透調(diào)控性能 ?囊狀材料是通過成膜物質(zhì)將囊內(nèi)空間與囊外空間隔開以形成特定幾何結(jié)構(gòu)的物質(zhì) 插層組裝材料 ?插層組裝材料主要是以層狀結(jié)構(gòu)材料為前驅(qū)體，經(jīng)超分子設(shè)計和插層組裝而得到的結(jié)構(gòu)高度有序、具有多種優(yōu)異功能的新材料 帶電荷的層板 層間區(qū)域（存在的反荷粒子及水分子） 層間通道高度 ?層板化學(xué)組層的可調(diào)控性 ?層間反荷離子種類和數(shù)量的可調(diào)控性 分子識別 催化反應(yīng)中應(yīng)用 O H O HOc a t a l y s i sRRC O O C O O H OH O+ + + + + + + + + + 分子自組裝體系通過相互作用，可以達到分子識別；同時分子自組裝體系本身具有的特點結(jié)構(gòu)，可以作為微型反應(yīng)器；同時也可以達到固載催化劑的作用 LDS組裝酒石酸示意圖 Catalyst: C O O C O O HOHO 自組裝在納米材料制備中的應(yīng)用 1cm 1?m 50nm 15nm Fig. 1 ―Moore’s Law‖ plot of transistor size vs year 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 ?現(xiàn)代電子工業(yè)對信息處理的要求更快、對信息的儲存更大，這就要求相應(yīng)的電子元件
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