自组装

薄膜的制备方法 ——自组装法
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一、简介 二、自组装法的核心 三、自组装法的特点 四、自组装膜（SAMs）常见的制备方法 1.自组装膜的分类 2.单层自组装膜的制备 3.多层自组装膜的制备 • 五、静电自组装薄膜的制备 • 六、展望
一、简介
• 1946年Zisman
通过在洁净的金属表面吸附（自组装）一 种表面活性剂制备单分子层膜；
• 驱动力：
硫和硒等对过渡金属表面有很强的 亲和力，有机硫化物能与金、银、铜等 生成很强的化学键；
• 形成的自组装膜
组成稳定，易于表征，是研究自组 装的理想模型体系。
长键烷基脂肪酸自发吸附
• 是研究的较多的一种自组装膜； • 吸附过程是一种酸碱中和反应； • 驱动力是脂肪酸阴离子与表面金属阳离子 结合生成表面盐。
2.分子之间的相互作用。
• 作驱动力研究的重要性 • 基底表面的活化
三.自组装法的特点
• • • • • • 高度有序且具有方向性； 成膜稳定可控，且不受基底形状限制； 制备方法简单，不需昂贵的仪器设备； 能大面积成膜； 能从分子水平薄膜的厚度及多层膜的结构； 能通过精密的化学控制得到具有特殊相互作 用的表面。
• Gottingen和Kuhn
用氯硅烷使玻璃疏水化；
• Nuzzo和Allara
通过从稀溶液中吸附二烷基的二硫化物在 金表面制备烷基硫化物的自组装单层膜。
二.自组装法的核心
• 驱动力（前提和可能）
主要包括： 1.固体表面原子与表面活性物质的活 性基团间化学键的形成；
化学键：离子键、共价键、配位键 化学反应：置换反应、缩合反应、配位反应
四.自组装膜常见的制备方法
• 1.自组装膜的分类
材料：小分子和聚合物； 键型：离子键、共价键和配位键； 层数：单层和多层；
• 2.单层自组装膜的制备
（1）有机硫化物在金属和半导体基底上 的自组装膜； （2）脂肪酸在金属氧化物表面上的自组 装膜； （3）有机硅烷衍生物的自组装膜； （4）利用强相互作用在硅表面制备烷基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单层膜（研究少，且膜的表面质量不高）。
有机硅烷衍生物自组装
• 驱动力： 聚硅氧化物的原位形成，并与表面的硅 羟基基团（-SiOH）通过硅氧键（Si-O-Si） 连接起来； • 反应条件比较苛刻； • 成膜时间比前两种方法要长许多； • 膜的有序度要比前两种方法要差很多。
硅 反烷 应与 的羧 驱基 动聚 力合 ：
反 应 的 驱 动 力 ：
• 3.多层自组装膜的制备
（1）利用硅烷与羧基聚合组装多层膜； （2）通过磷酸盐沉淀组装多层膜； （3）正负离子吸引形成的自组装多层膜； （4）吡啶和过渡金属配位作用制备无机纳 米粒子/聚合物复合材料膜； （5）利用表面缩合反应构筑多层自组装膜； （6）利用金属离子桥联形成多层膜； （7）其它方法。
五.静电自组装薄膜的制备
• 在聚合物自组装膜的研究中，静电自组装膜占 有很大的比例； • 驱动力：静电相互作用； • 基本原理： 带相反电荷的聚电解质离子在固 液界面通过静电作用交替吸附沉积，静电自组 装膜又被称为分子沉积膜； • 特点：制备简单，热稳定性及机械稳定性好。
六、展望
• 自组装膜的研究进展迅猛，新研究成果 不断涌现； • 自组装、扫描探针显微镜、纳米加工和 相关技术的完美结合，创立了一个独具 魅力的广阔研究领域； • 自组装技术为有机合成指明了新的方向 并开辟了新的领域。
利 用 表 面 反 应 产 生 一 种 不 溶 盐 的 沉 淀
双磷酸化合物
吡 啶 和 反过 应渡 的金 属 驱之 动间 力的 配 ：位 作 用
反应的驱动力： C60衍生物的缩水反应
反应的驱动力：
利用金属离子为桥形成多核配合物