自组装单分子膜的合成及其表征方法
薄膜制备及表征
薄膜制备及表征1.薄膜制备技术代表性的制备方法物理气相沉积法(PVD)（粒子束溅射沉积、磁控溅射沉积、真空蒸镀）：表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
化学气相沉积法(CVD)：气相沉积过程中沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，因此称为化学气相沉积法2.薄膜的表征技术2.1 薄膜厚度：几何厚度、光学厚度、质量厚度几何厚度：等厚干涉条纹法、等色干涉条纹法2.2 结构表征（1）薄膜的宏观形貌，包括薄膜尺寸、形状、厚度、均匀性等；（2）薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小和分布、孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜织构等；（3）薄膜的显微组织，包括晶粒内的缺陷、晶界及外延界面的完整性、位错组态等。
扫描电子显微镜Scanning Electronic Microscope (SEM)：透射电子显微镜Transmission Electronic MicroscopeX射线衍射方法低能电子衍射（LEED）和反射式高能电子衍射（RHEED）扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope-STM）原子力显微镜（AFM）2.3 成分表征原子内的电子激发及相应的能量过程X射线能量色散谱（EDX）俄歇电子能谱（AES）X射线光电子能谱（XPS）卢瑟福背散射技术（RBS）二次离子质谱（SIMS）3. 各种特种薄膜的应用金刚石薄膜：高硬度、高耐磨性使得金刚石薄膜成为极佳的工具材料；金刚石具有极高的热导率，这使得金刚石成为极好的高功率光电子元件的散热器件材料；金刚石在从紫外到远红外的很宽的波长范围内具有很高的光谱透过性能以及极高的硬度、强度、热导率以及极低的线膨胀系数和良好的化学稳定性，这些优异性质的综合使得金刚石薄膜成为可以在恶劣环境中使用的极好的光学窗口材料。
硬质涂层：按其材料类别被细分为陶瓷以及金属间化合物两类热防护涂层：热防护涂层通常是由一层金属涂层和一层氧化物热防护层组成的复合涂层防腐涂层:陶瓷材料涂层、高分子材料涂层、阳极防护性涂层集成电路：薄膜集成电路是将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件以及它们之间的互连引线，全部用厚度在１微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路存储：复合磁头和薄膜磁头磁记录介质薄膜有机电致发光薄膜OLED：平板显示氧化物半导体敏感薄膜SnO2, TiO2, Fe3O4:高灵敏度气体传感器力敏、磁敏金属薄膜FeSiB：微压力、震动、力矩、速度、加速度传感器。
材料制备与表征的新方法和新技术
材料制备与表征的新方法和新技术材料科学是现代科学与技术中的一个重要领域，涉及材料的合成、组成、结构、性质与应用。
随着科学技术的发展，材料制备与表征的新方法和新技术不断涌现，从而推动了材料科学的发展。
一、核磁共振技术核磁共振（NMR）是一种重要的材料表征技术，利用核磁共振现象研究物质的结构、动力学和相互作用，可以得到物质的分子结构、化学键、晶体结构等信息。
现在，核磁共振已被广泛应用于化学、物理、材料科学等领域，特别是在材料制备的过程中起到了重要作用。
二、自组装技术自组装技术是一种自然界中具有普遍性的现象，即物质在合适的条件下自动组装成有序的结构。
利用自组装技术，可以制备出复杂的材料结构，具有重要的理论意义和实际应用价值。
自组装技术包括自组装单分子膜、自组装多分子膜、自组装微结构和自组装纳米结构等。
三、场发射扫描显微镜技术场发射扫描显微镜（FE-SEM）是一种高分辨率的电子显微镜技术，广泛用于表面形貌、微观结构和成分分析等领域。
FE-SEM具有分辨率高、成像清晰、分析速度快等优点，可以直接观察材料的形貌和结构，为材料制备和表征提供了重要技术支持。
四、能谱技术能谱技术是一种材料分析方法，通过测量样品对不同能量的粒子的反应，得到不同成分的能谱，从而分析材料的成分、结构和性质。
常见的能谱技术包括X射线能谱、能谱探针和电子能谱等。
五、原位反射光谱技术原位反射光谱技术是一种非常重要的表面分析技术，能够研究材料的表面组成、反应性、吸附能力和动力学等，为材料表面的改性和功能化提供了重要的技术支持。
总之，材料制备与表征是材料科学的重要组成部分，新的材料制备和表征技术不断涌现，为材料科学的发展和应用提供了有力支持。
各种新技术的应用将促进材料科学的发展，并推动新材料的发明、制备与应用。
OTS玻璃制备
玻璃表面OTS自组装单分子膜的制备一、实验原理二、实验材料OTS，Sigma-Aldrich公司，>90%，无水乙醇（广州化学试剂二厂，分析纯），甲苯（广州化学试剂二厂，分析纯）丙酮（广州化学试剂二厂，分析纯），NaOH（阿拉丁，分析纯），DHG-9053A型电子恒温干燥箱（上海申贤恒温设备厂），85-2型恒温磁力搅拌器（上海闵行虹浦仪器厂），HPA400S型紫外光灯（比利时PHILIPS 公司），FA2104型电子天平（上海良平仪器仪表有限公司），烧杯（1个，250ml)，玻片（20片，10mm x10 mm x0.1mm），称量瓶（3个），镊子（2个），冰袋（2个）三、实验方法1. 玻璃表面预处理（1）玻璃清洗取载玻片放入250ml烧杯中，倒入无水乙醇至浸没载玻片。
然后将称量瓶置于超声波清洗器内，设置温度25℃，功率50%，进行超声清洗三次，每次10min，洗涤完毕后将载玻片取出，N2吹干，置于称量瓶中，放入80 ℃烘箱中烘干，无水乙醇回收。
（2）玻璃羟基化在电子天平上称取10gNaOH粉末并将粉末溶于100ml蒸馏水中，在冰浴条件下配置成体积比为10%的NaOH 溶液。
将烘干后的载玻片置入冷却后的NaOH溶液中浸泡12小时，注意不要用铝箔密封。
该步骤用于清洗载玻片上的油污并在玻璃表面接上一定数目的活性羟基基团；（3）将与10％NaOH溶液中浸泡12小时的载玻片取出，用去离子水逐片清洗掉表面碱液，放入无水乙醇中超声清洗三次并在N2吹干，后于烘箱中烘干；2. 1％OTS-甲苯溶液的配制在通风且避光的环境下，取 ml OTS单体溶液（OTS单体溶液价格昂贵，且在低浓度的条件下即可很好地形成自组装分子膜，因此不需取用太多的OTS单体配制溶液）溶于 ml无水甲苯中，配制浓度为体积比为1%的OTS-甲苯溶液。
OTS极易发生水解，且在光照或有小颗粒灰尘存在环境即会发生聚合而影响实验效果，因此配制溶液以及后续的玻璃浸泡过程所用的容器和实验环境必须事先保证清洁并干燥。
对羟基苯硫酚自组装膜修饰金电极的制备及电化学表征
和更好的导电性 ， 在生物传感器研究领域具有重
要应 用价 值 Ｊ利用 对羟 基苯 硫 酚 （ ． ４一ｈｄｏｙｔｉ ｙｒｘ — ｈ
收 稿 日期 ：０ １— ５—１ ２１ ０ １
基金项 目： 国家 自 然科学基金 （０ ７ ０ ９ ； ６５ ２ ０ ） 辽宁省科技攻关项 目（ ０５ ２ ０４ ； ２０ ２ ０ ２ ） 辽宁省科 技基金 （ ９ ００ ４ ； 宁省教育厅 高校重点 实验 ９ １ ２０ ） 辽
防腐、 润滑、 电子器件、 光学元件等诸多领域 Ｊ ．
通过对 Ｓ Ｍ 的表 征， Ａ ｓ 可以了解 Ｓ Ｍ 与基底 Ａ ｓ 的关系． 同的成膜分 子结构 以及不 同 的基底材 不 料， 将对成膜分子在基底上的吸附行 为、 成键的键 能键 角、Ａ ｓ Ｓ Ｍ 分子之 间的作用产 生直接影 响 ．
冯春 梁 ， 周 微 ， 张丽梅
（ 宁师 范大 学 ， 宁 大连 １６２ ） 辽 辽 １０９
摘 要： 在金 电极表 面制备 了对羟基 苯硫 酚（ ４一ＨＴ Ｐ）自组 装单 分子 膜 ， 建 了一种 羟基化金 电极表 构
面． 在优化 实验条件 下， 利用交流 阻抗技术 对 ４一Ｈ Ｐ 自组 装单 分子膜 电极 （ Ｔ ４一Ｈ ＰＳ Ｍ Ａ ）进行 了原位表 Ｔ Ａ ／ ｕ
公司）Ｐ Ｓ一 Ｃ精密酸度计 （ ；Ｈ ３ 上海精密分析仪器
公 司 ） 超 纯 水 系 统 （ ｕ ｎ ＬＰ ０ ； Ｈ ｍａ Ｉ９ ０型 ， 国 Ｈ — 韩 ｕ
ｍａ 司 ） ｎ公 ．
金表面上 的烷基硫醇 Ｓ Ｍ 高度有序 ， 当前 Ａ ｓ 是 研究最多的自组装体系． 而对芳香硫醇 Ｓ Ｍ 的研 Ａ ｓ 究相对较少． 芳香硫醇 Ｓ Ｍｓ Ａ 具有高度 的各 向异性
分子膜的制备与应用
分子膜的制备与应用分子膜是一种具有高度秩序的超薄膜，通过分子自组装形成的纳米结构。
分子膜具有自修复、自组装和调控性能，是一种重要的功能材料。
本文将介绍分子膜的制备与应用。
一、分子膜的制备分子膜的制备方法有很多种，其中常见的包括自组装法、电化学沉积法、溶液旋转涂布法、气相沉积法和激光蒸发法等。
下面分别介绍几种典型的制备方法。
1.自组装法自组装法是分子膜制备中最常见的方法，其制备过程如下：首先在基底表面吸附一层单分子膜，然后通过溶液中的分子相互作用形成多层膜，最终形成纳米结构。
自组装法制备的分子膜具有良好的均匀性和重复性，适用于大面积制备。
2. 电化学沉积法电化学沉积法是通过电解液中的电势差使电极表面发生化学反应，生成有机物或无机物的一种方法。
它可以制备高质量的分子膜，并可以调节膜的结构和性质。
3. 溶液旋转涂布法溶液旋转涂布法是将溶液滴在基底表面，再通过旋转基底使溶液均匀涂布于表面的一种方法。
旋涂速度和涂料浓度都会影响分子膜的结构和性质。
该方法制备的分子膜具有良好的均匀性和厚度控制性。
二、分子膜的应用1. 电子学领域分子膜在电子学领域有广泛的应用，例如分子电子器件、有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）等。
分子膜的电子性质可通过改变分子结构进行调控，从而实现不同功能的器件。
2. 光学领域分子膜在光学领域也有很多应用，例如分子膜太阳能电池、分子薄膜LED灯等。
通过调控分子膜的光学性质，可以实现更高效的光电转换和光发射。
3. 生物领域分子膜在生物领域也具有广泛的应用，例如分子诊断、生物传感、细胞培养等。
因为分子膜具有超薄、高度秩序的特性，可以模拟生物细胞膜的结构和性质，从而实现更好的生物学研究和应用。
三、分子膜的未来发展分子膜具有很高的应用潜力，在电子学、光学和生物学等领域都有很大的前景。
今后的研究重点将更多地放在实现多功能性和智能化分子膜的制备和应用上。
同时，分子膜在制备过程中还面临着很多技术难题，例如分子自组装的控制和调节、分子膜厚度的精确控制等，这些难题需要进一步解决。
自组装单分子膜成膜形貌及其缓蚀性能
高纯 氮气 吹干 ， 经 紫外 光照 ３ ｎ 再 ０ ｍｉ。
１ ２． 反 应 溶 液 的 配 制 ． ２
展股份有限公 司） 触 针式粗糙 度测 量仪 （ 州粗 糙度 ， 广 仪提供商 ）金相显微镜 （ ， 上海 万衡 精密仪 器有 限公 司）
２１ ０ １年 ２月 ９ 日收 到 辽 宁 省 自然 科 学 基 金 （０ ８ １８ 和 ２０２７ ）
第１ １卷
第ｌ ３期
２ １ 年 ５月 ０１
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． １ Ｎｏ １ Ｍａ ０ １ １１ ．３ ｙ２ １
１７ — １ １ （ ０ １ —０９ ０ ６ １ ８ ５ ２ １ １ ３ ５ —４ １３
Ｓ ｉ ｃ ｃ ｎｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎｇｎｅ ｒｎ ｃｅｎ ｅ Ｔｅ ｈ ｌｇ ｎ ｉ ｅｉｇ
＝
腐、 高端 电子 器件 防护 以及 对 名 贵饰 品 的表 面 修饰 等方 面 ， 既节 省 了 防腐 成本 又提 高 了防护 效能 。 剂 ．
７ ：０ Ｖ Ｖ ） ０ ３ ， ／ 中进 行羟 基 化 ，２Ｃ 浸泡 ０ ５ｈ 取 ９ ￣下 ． ，
后用 去 离 子 水 冲 洗 ； 盐 酸 和 双 氧 水 混 合 溶 液 中 在
８ ℃处 理 １ ｉ ， 后 用去 离子 水反 复 冲洗 ， ５ ０ｍｎ取 然后 用
上海辰华 Ｃ Ｉ６ Ｄ电化 学工作站 （ 海辰华 仪器 Ｈ ６０ 上
有限公司 ）扫描 电子显微 镜 （ Ｅ （ Ｅ Ｃ Ｎ Ｃ Ｉ Ａ ， Ｓ Ｍ） Ｔ Ｓ Ａ Ｈ Ｎ ． ＬＤ ， Ｔ ） 自动椭 圆偏振测厚 仪 ｓ Ｃ （ Ｇ —２ 天津港东科 技发
表 面形貌 变化并结合触针 式粗糙度 测量仪得 出其膜厚 范围 ； 同时通过塔 菲 尔 曲线 （ ａｅ） 银 片电极 的电化 学性 能进 行 了对 Ｔ ｆ１对 比分析 。结果表 明 ： 组装溶液 的成膜 形貌与致 密性 受组装 时间的影 响很 大且 在金属 与非金属 表面 的成膜 时间大不相 同； 片 银
分子自组装材料的合成与应用
分子自组装材料的合成与应用在当今的材料科学领域，分子自组装材料正逐渐崭露头角，成为研究的热点之一。
分子自组装是指分子在一定条件下，通过非共价键相互作用自发地形成具有特定结构和功能的有序聚集体的过程。
这种自下而上的构建方式为创造具有新颖性能的材料提供了无限可能。
分子自组装材料的合成方法多种多样。
其中，溶液自组装是较为常见的一种。
在溶液中，分子可以通过氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用等弱相互作用力进行有序排列。
例如，某些表面活性剂分子在水溶液中会自组装形成胶束结构。
这些胶束可以根据溶液条件和分子结构的不同，呈现出球形、棒状或层状等不同的形态。
除了溶液自组装，界面自组装也是一种重要的合成途径。
在固液、液液等界面上，分子能够受到界面能的驱动而进行有序排列。
比如，通过在气液界面上沉积有机分子，可以制备出大面积的有序薄膜。
这种薄膜在电子器件、光学器件等领域具有潜在的应用价值。
另外，模板法也常用于分子自组装材料的合成。
模板可以为分子的组装提供特定的空间限制和导向作用，从而控制组装体的结构和尺寸。
例如，利用纳米孔道作为模板，可以合成出具有纳米尺度的管状或线状分子自组装材料。
分子自组装材料在许多领域都有着广泛的应用。
在生物医学领域，其应用前景令人瞩目。
比如，通过设计特定的分子结构，能够自组装形成纳米药物载体。
这些载体可以实现药物的靶向输送和控制释放，提高药物的治疗效果，同时降低副作用。
它们能够识别病变细胞表面的特定受体，实现精准给药，从而提高药物的利用率和治疗效果。
在化学传感器方面，分子自组装材料也发挥着重要作用。
利用分子自组装形成的敏感薄膜，可以对环境中的微量化学物质进行高灵敏度和高选择性的检测。
例如，一些自组装膜能够特异性地与特定的气体分子发生相互作用，从而改变其电学或光学性质，实现对气体的检测。
在能源领域，分子自组装材料同样具有巨大的潜力。
比如，在太阳能电池中，通过自组装形成的有序结构可以提高光的吸收效率和电荷传输性能，从而提高太阳能电池的转化效率。
新型自组装单分子膜的制备及表征
新型自组装单分子膜的制备及表征在材料科学领域，自组装技术是一项常用的技术，被广泛应用于纳米材料的制备和表征等方面。
自组装单分子膜就是一种采用自组装技术制备的材料，其特点在于膜厚度十分薄，只有几个纳米，可以用来进行表面修饰及空间分子组装。
本篇文章将详细介绍自组装单分子膜制备及其表征。
一、自组装单分子膜制备1. 基本原理自组装单分子膜的制备是利用表面活性剂的自组装性质，在水表面自然形成一层分子膜。
表面活性剂分为疏水性和亲水性两类，分别用于不同的基底表面物质。
疏水性表面活性剂分子的亲水端向下吸附，疏水端向上，形成疏水层；亲水性表面活性剂则相反，其亲水端向下吸附，疏水端向上，形成亲水层。
表面活性剂可以在水基质表面形成一层极其均匀的分子膜，其主要原因在于表面活性剂分子在表面移动时，始终保持一定的吸附角度，使得吸附分子之间的相互作用保持稳定。
2. 制备方法自组装单分子膜制备方法多种多样，其主要基于下列原则：（1）气液界面自组装法：将表面活性剂加入容器中，使其浸没在水中。
将气体通过水中并使其在表面活性剂上涂层，待自然流失一定时间后，使其稳定在水中，并形成单分子膜。
（2）水溶液自组装法：将表面活性剂溶于水中，并在需要添加的基底表面将其涂布，再静置一定时间后，使其自动形成单分子膜。
（3）氧化铝自组装法：将表面活性剂在氧化铝粉末上涂布，在氧化铝粉末中形成单分子膜，达到表面修饰的效果。
二、自组装单分子膜表征技术1. Langmuir-Blodgett法Langmuir-Blodgett法是通过横向受力剪切润滑分子膜来制备具有一定有序性的分子层。
该技术是观察自组装单分子膜丰富多样的理论手段。
这种方法将自组装单分子膜进行连续传承，生成可控的多层膜。
利用Langmuir-Trought法，测量表面张力与表面压力的关系，进而利用表面压力等信息调节液体里表面的分子密度。
在自组装单分子膜的表征中具有十分重要的意义。
2. AFM技术AFM技术是通过探针对样本表面进行扫描，从而获得样品在几个纳米尺度下的表面形貌。
二氧化硅表面自组装单分子膜的性质、制备及应用研究的开题报告
硅/二氧化硅表面自组装单分子膜的性质、制备及应
用研究的开题报告
一、研究背景
自组装单分子膜（self-assembled monolayers, SAMs）是指由分子
自发地在固体表面形成的一层单分子厚度的有序单层，具有良好的表面
化学与物理学性质，因此在油墨、涂料、传感器和纳米器件等领域有着
广泛的应用。
硅/二氧化硅表面自组装单分子膜的研究，对于硅基纳米器件、光刻、抗腐蚀涂料等领域有一定的重要性。
二、研究内容
本研究将以硅/二氧化硅表面为实验对象，主要研究以下内容：
1. 自组装单分子膜的制备方法：包括溶液法、气相法等，并比较各
种制备方法的优缺点。
2. 自组装单分子膜的表征方法：包括循环伏安法、红外光谱法、原
子力显微镜等表征手段，探究其表面化学、物理学性质。
3. 自组装单分子膜的应用研究：深入探究其在硅基纳米器件、光刻、抗腐蚀涂料等领域的应用，并比较各种应用方式的效果。
三、研究意义
本研究将从制备、表征以及应用等多个方面对硅/二氧化硅表面的自组装单分子膜进行深入研究，有助于拓展其在各个领域的应用，提高其
制备及表征的效率与精度，为相关领域的研究提供参考。
同时也有助于
推动自组装单分子膜及其应用研究的发展。
自组装单分子膜表征技术的研究
它可 以测 定组装 膜 的化学 成分 和 自组 装膜 表层 的化 学状 态 ，素一 一例举 出来 。
３ 电子显 微 镜 及 显 微 技 术
３ １扫描 电子 显微 电镜 （ Ｅ ． Ｓ Ｍ）
自组装单分子膜表征技术的研究
邢锦娟 ， 楚茂 阳， 张 蕾 ， 琳 刘
（ 渤海大学 功 能化合物 的合成 与应用辽宁省重点实验室 ， 辽宁 锦州 １ １ １ ） ２０ ３
摘 要 ： 自组装 单 分子膜 技 术的研 究是 具有 广 泛的 实用价 值 与应 用价值 的 ， 着 自组装技 对 随 术 的深入 发展 其 应 用领 域 也更加 广泛 ， 同时其 大量 的表 征 方 法也 日益 更新 。 本 文主要 从 以 下几 方 面对 自组 装膜 的表征 手段 作 出了对 比分析 ， 如 ： 、 例 光 电化 学分 析 方 法 、 光谱 学测试 方 法、 观 微
本 课题 组 正在使 用 的表 征手 段进 行综 述 。
１ 电化 学测 试 方 法
１ １ 循 环 伏安 法 （ ｉ ｕａｖｈ—ａ ｐ ｒ ， Ｖ） ． ｃｒ ｌ ｏ ｃ ｒ ｍ ｅｅ Ｃ
循环伏安法测试金属表面的成膜情况效果非常明显， 是在电极体系（ 通常为三电极体系或四电极线工作模 式） 建立后 ， 通过观察经过工作 电极的电流变化来判定 自组装分子膜 在金属表 面的成膜状态 ， ： 以判别 出成 如 可 膜 的组装程度 、 缺陷程度 、 致密性等条件 。以下是 Ｓｈｆ碱 自组装单分子膜在银 片表 面成膜 的循环伏安 图 。 ｃｉ
２ （ １ ２）：６ ２ —６ ８ ９ ９．
［］ ５ 刘琳 ， 钱建华 ， 邶锦娟 ， 等．油罐车污染喷气燃料的原 因分析 （ ］． 油炼制与化工 ， ０ ０ ４ （ ）４ Ｊ 石 ２ １ ， １ ２ ：５—４ ． ８ ［ 吴世逵 ， ６ ３ 林培喜．罐 车内壁元素硫 的来源机理［ ］． Ｊ 石油化工高等学校学报 ， ０ ６ １ （ ）：１— ４ ２ ０ ，９ ２ ５ ５ ． ［］ ７ 康诗钊 ， 穆劲． 有序分子膜技术在无机超薄膜制备 中的应用［ ］ 无机化学学报 ， ０６， ２ ６ ９ １ ７ ． Ｊ． ２ ０ ２ （ ）： ７ —９７ ［ ］ ｉｈｌｔ Ｙ ｋ ｋｗ Ｓｈｏｄ ｒ ｅ ａ． ｅｌｉ ｂｅｖｔ ｎｏ ａｓ ｏ ｅｉ ｔｎｏ ｚｂｎｅｅＡＭ ｉｄｃｄｂ ｐｉ ｌ ｅｒｉｄｅ— ８ Ｍｃ ｅ ｔ Ｒ， ｏｏ ａ ａＭ， ｅｒｅｅ ｔ １Ｒ ａ ｔ ｏ ｓｒａｏ ｆｒｎｉｉ ｍ ｒａｉ ｎａｏ ｅｚｎＳ ｕｅ ｙｏ ｔａ ｎａ ｅ ｎ ｅｏ Ｍ， ｍｅ ｉ ｔ ｓｓ ｚ ｏ ｎ ｃ ｆｌ
自组装单层膜表面的Bi2Ti2O7薄膜制备与表征
自组装单层膜表面的Bi2Ti2O7薄膜制备与表征夏傲;黄剑锋;谈国强【摘要】Bi2Ti2O7 thin film was prepared on the glass substrate by the self-assembled monolayer（SAM） tech-nique with Bi（NO3）3 and Ti （OC4H9）4 as the raw materials and octadecyltrichlorosilane as the template.The crystal phase composition,microstructure and topography of the Bi2Ti2O7 thin films were characterized by various techniques,including X-ray diffraction,field-emission scanning electron microscopy,energy disperse spectroscopy and atomic force microscopy.The results indicate the pure cubic phase Bi2Ti2O7 thin film is successfully prepared after annealing at 540℃ for 2h.The prepared Bi2Ti2O7 thin film has aflat,homogeneous and dense surface.%以硝酸铋和钛酸四丁酯为原料,以三氯十八烷基硅烷（OTS）为模板,采用自组装单层膜（self-as-sembled monolayers,SAMs）技术,在玻璃基板上成功制备了Bi2Ti2O7晶态薄膜。
借助X 射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线能谱（EDS）及原子力显微镜（AFM）等测试手段对Bi2Ti2O7薄膜进行了表征。
自组装单分子薄膜
Acetone/H2O, 1 h
H3CO
Si OCH3 OCH3
+
OH OH OH
NH
NH
NH
2
Cyclohexane, Et3N , 24 h
NH
NH
NH
Si
Si Si
O
O
O
O
O
Si
Si Si
O
O
O
O
O
SY Song, et al The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 3805-3810.
Nanotechnology in Health Care
Thermal ablation of cancer cells
− Nanoshells have metallic outer layer and silica core
− Selectively attracted to cancer shells either through a phenomena called enhanced permeation retention or due to some molecules coated on the shells
自组装单分子薄膜
Terminal group
Alkyl or derivatized alkyl group
Surface-active head group
Interchain vander Waals and other interactions
Chemisorption at the surface
自组装单分子薄膜为研究表面现象提供了一个理 想的模型，如边界润滑、生物传递、表面能的控制等， 它还在摩擦学、材料学、电子学、非线性光学等诸多 领域有重要的应用基础研究价值。
《自组装薄膜》课件
光学性能
反射率：薄膜对光的反射能力 透射率：薄膜对光的透过能力 吸收率：薄膜对光的吸收能力
散射率：薄膜对光的散射能力 折射率：薄膜对光的折射能力 色散：薄膜对光的色散能力
电学性能
导电性：自组装薄膜具有良好的导电性，可用于电子器件中
绝缘性：自组装薄膜具有优良的绝缘性，可用于绝缘材料中 光电性能：自组装薄膜具有光电转换性能，可用于太阳能电池等光电器件 中 热电性能：自组装薄膜具有热电转换性能，可用于热电材料中
Part Six
自组装薄膜的发展 趋势与挑战
新材料设计与合成
自组装薄膜的 发展趋势：新 型材料、多功 能材料、环保
材料等
新材料设计与 合成的挑战： 材料性能、成
本、环保等
新材料设计与 合成的技术： 纳米技术、生 物技术、化学
合成等
新材料设计与 合成的应用： 电子、能源、 环保、医疗等
领域
多功能性集成与优化
集成多种功能： 如太阳能电池、 传感器、显示
器等
优化性能：提 高薄膜的稳定 性、效率和寿
命
降低成本：通 过规模化生产 降低成本，提 高市场竞争力
环保与可持续 发展：采用环 保材料，降低 对环境的影响， 实现可持续发
展
自组装薄膜的规模化制备
规模化制备的挑战：成本、 效率、质量控制等
规模化制备的技术突破：新 型材料、新工艺、新设备等
THANKS
汇报人：
自组装薄膜的 结构特点：纳 米级、多层次、
有序排列
自组装薄膜的 应用领域：电 子、光学、生
物医学等
Part Three
自组装薄膜的组成 与基本组成：分子、纳米颗粒、聚合物等 自组装薄膜的结构特点：自组装、自组织、自修复等 自组装薄膜的分子结构：单层、双层、多层等 自组装薄膜的结构稳定性：热稳定性、化学稳定性等
自组装单分子层的制备
自组装单分子层的制备以自组装单分子层的制备为标题，本文将介绍自组装单分子层的制备方法及其在科学研究和技术应用中的重要性。
自组装单分子层是一种通过自身相互作用形成的单分子膜结构，具有高度有序的排列和规整的分子间距离。
这种单分子层在纳米科技、材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
制备自组装单分子层的方法多种多样，包括溶液法、气相法、表面扩散法等。
溶液法是最常用的自组装单分子层制备方法之一。
它通过将目标分子溶解在适当的溶剂中，然后将溶液滴在固体基底上，通过溶剂的挥发使分子自组装成单分子层。
溶液法制备的单分子层具有较高的质量和较好的均匀性，适用于大多数分子的制备。
气相法是另一种常用的自组装单分子层制备方法。
它通过在真空环境中将目标分子蒸发或喷射到固体基底上，使其自组装成单分子层。
气相法制备的单分子层具有较高的结晶度和较好的结构控制能力，适用于高度有序结构的制备。
表面扩散法是一种比较新颖的自组装单分子层制备方法。
它通过在液体表面形成单分子层，然后将固体基底缓慢地降低到液体表面上，使单分子层自发地转移到固体基底上。
表面扩散法制备的单分子层具有较好的结晶度和较高的有序性，适用于制备高质量的单分子层。
自组装单分子层在科学研究和技术应用中具有重要意义。
首先，自组装单分子层可以用来研究分子间相互作用和界面行为，揭示分子自组装的机理和规律。
其次，自组装单分子层可以用来制备纳米材料和器件，如纳米电子器件、纳米传感器等，为纳米科技提供基础支撑。
此外，自组装单分子层还可以用于生物医学领域，如药物传递系统、生物传感器等，具有潜在的临床应用价值。
自组装单分子层的制备是一项重要的科学技术，具有广泛的应用前景。
通过选择合适的制备方法和优化实验条件，可以获得高质量、高度有序的单分子层，并发掘其在各个领域的潜在应用。
随着科学技术的不断进步，相信自组装单分子层的制备方法将不断完善，其应用范围也将不断扩大，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
硅表面含二茂铁基团自组装单分子膜制备及电流-电压关系测量
第 ９期 ２ ０ ０ ７年 ９月
无
机
化
学
学
报
ＣＨＩ ＮＥ Ｓ Ｅ Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ Ｉ ＮＯＲＧ ＡＮ Ｉ Ｃ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｓ Ｔ ＲＹ
Ｖ ０ 】 ． ２ ３ Ｎｏ ． ９ Ｓ ｅ ｐ． ，２０ ０７
ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｒｉ ｅ ｄ ｏ ｕｔ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈｅ ｆ ｅ ｒｏ ｃ ｅ ｎ ｅ — ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｍｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｂ ｙ ｃ ｕｒ ｒｅ ｎｔ ｓ ｅ ｎｓ ｉ ｎｇ ａ ｔ ｏ ｍｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ
摘要 ： 合 成 了一 种 头 基 为 二 茂 铁 基 团 的 长 链烯 烃分 子（ Ｆ ｃ — Ｃ ０ 一 Ｎ Ｈ 一 （ Ｃ Ｈ ２ ） 一 Ｃ Ｈ ＝ Ｃ Ｈ ２ ） （ Ｆ ｃ Ｕ Ａ ） ， 并用红外 、 核磁 、 质 谱 等 手 段 对 其 进 行
了 表 征 。用 微 波 引发 将 该 化 合 物 嫁 接 到 平 面 硅 的 表 面 ， 并 用 ｘ 射线 光 电 子能 谱 、 反射红外光谱 、 原子力显微镜表征了这一过程。 最后 ， 通 过 循 环 伏 安 电化 学 法 和 电 敏 感 原 子 力 显 微镜 的导 电模 式 对 其 进 行 电学 性 质 测 试 。 结 果 表 明这 层 单 分 子 膜 可 以提 高 硅 片 的 介 电 常 数 。同 时 还 观 察 到 了 一种 不稳 定 的类 似 负微 分 电流 现 象 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｃ ｅ ｎ ｅ ｍｏ ｎ ｏ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｘ ｙ ｌ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ Ｎ － １ ０ － ｕ ｎ ｄ ｅ ｃ ｅ ｎ ａ ｍｉ ｄ ｅ（ Ｆ ｃ － Ｃ Ｏ － Ｎ Ｈ一 （ Ｃ Ｈ ２ ） ９ － Ｃ Ｈ＝ Ｃ Ｈ ２ ）（ Ｆ ｃ Ｕ Ａ ） ｗ ａ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈ－ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｉ （ １ ０ ０ ） ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ｙ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｘ — ｒ ａ ｙ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ ｘ Ｐ ｓ ） ，ａ ｔ ｏ ｍｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ｅ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ Ａ Ｆ Ｍ） ， ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ Ｉ Ｒ ） ａ ｎ ｄ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｃ ｖ ｏ ｈ ａ ｍｍ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｓ（ Ｃ Ｖ ） ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｃ ｕ ｒ ｅ ｎ ｔ — ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ
自组装单分子膜的结构及其自组装机理
自组装单分子膜的结构及其自组装机理一、本文概述Overview of this article本文旨在全面而深入地探讨自组装单分子膜（Self-Assembled Monolayers, SAMs）的结构及其自组装机理。
自组装单分子膜作为一种重要的纳米材料，在表面科学、材料科学、生物学以及电子学等领域具有广泛的应用前景。
其独特的自组装特性使得单分子膜在纳米尺度上具有精确控制表面性质的能力，从而为实现高性能纳米器件的制造提供了可能。
This article aims to comprehensively and deeply explore the structure and self-assembly mechanism of Self Assembled Monolayers (SAMs). Self assembling monolayers, as an important nanomaterial, have broad application prospects in fields such as surface science, materials science, biology, and electronics. Its unique self-assembly characteristics enable monolayers to have the ability to precisely control surface properties at the nanoscale, making it possible to manufacture high-performance nanodevices.本文首先将对自组装单分子膜的基本概念进行介绍，包括其定义、特性以及应用领域。
随后，将重点阐述自组装单分子膜的结构特征，包括分子间的相互作用、分子排列方式以及膜层结构等。
在此基础上，本文将深入探讨自组装单分子膜的自组装机理，包括分子间的吸附、扩散、排列以及膜层形成的动力学过程。
不锈钢表面Schiff碱自组装分子膜的制备及性能
Ｂ ｒ ｕ ｋ ｅ ｒ Ａ Ｖ Ａ Ｎ Ｃ Ｅ － ４ ０ ０ ＭＨｚ 型核磁 共 振波谱 仪 （ 瑞士 Ｂ ｒ ｕ ｋ ｅ ｒ 公司） ， 以Ｃ Ｄ Ｃ １ 为溶 剂 ， Ｔ ＭＳ为 内标 物 ； ５ １ ０ Ｐ型红 外光 谱仪 （ 美国 Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ｅ ｔ 公司） ， Ｋ Ｂ ｒ 压片 ； Ｃ ＨＩ ６ ０ ０ Ｄ型 电化 学测 试 系 统 （ 上 海 辰 华 仪 器 有 限公 司） ， 电化学 阻抗 谱测 试 频率 范 围为 ０ ． ０ １～ １ ０ ０ Ｈｚ ， 正 弦交 流波 信 号 的振 幅为 ８ ｍＶ。电解 池 为三 电极 系 统， 试 件为 工作 电极 ， 金 属 铂 片 为 辅 助 电极 ， 参 比 电极 为 饱 和 甘 汞 电极 （ Ｓ Ｃ Ｅ） 。极 化 曲线 测 试 范 围 为
２ ０ １ ２ － ０ ５ － ２ ４收稿 ， ２ ０ １ ２ ０８ － — １ ０修 回
通 讯 联 系人 ： 薛兆 民， 教 授 ；Ｔ ｅ ｌ ： ０ ５ ３ ０５ － ６ ６ ８ １ ６ ２； Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｚ ｘ ｕ ｅ ｚ ｈ ａ ｏ ｍ ｉ ｎ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ； 研究方 向 ： 无 机 配位 化 学
一
０ ． ５～ ０ ． ９ Ｖ， 扫 描速 率 为１ ｍ Ｖ ／ ｓ ， 从 负 向至正 向扫 描 。采 用 自腐 蚀 电位 ． 时 间 曲线 研 究 导 电高 分 子膜
对不锈钢在 １ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ Ｈ Ｃ １ 溶液 中的防腐蚀性能 ， 动电位扫描速度为 ０ ． ０ ０ ２ Ｖ ／ ｓ 。
阻抗谱和 自腐蚀 电位一 时间曲线 进行 电化学分析 。结果表 明 ， 在１ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ Ｈ Ｃ １ 中， 不锈 钢表 面 自组 装分子 膜能 快速有效 的抑制异相 电子的转移 ， 促进不锈 钢表面发生钝化 ， 减少 了不锈钢基体 的腐蚀 。总结 了 Ｓ ｃ ｈ ｉ ｆ碱 自组
有机单分子膜的自组装及其表面性质研究
有机单分子膜的自组装及其表面性质研究近年来，有机单分子膜在材料科学领域中得到广泛应用。
它由能够自组装于表面的有机分子构成，可以使表面具有特定的物理和化学性质。
本文将对有机单分子膜的自组装及其表面性质研究进行探讨。
一、自组装的原理有机单分子膜是一种能够自组装于表面的单层分子膜，主要由分子的亲水性和疏水性决定。
例如，亲水性分子通常会向水面层排布，而疏水性分子会朝向表面，组成自组装单分子膜。
分子之间的相互作用力极强，从而使得自组装单分子膜稳定存在于表面之上。
二、有机单分子膜的制备方法（一）Langmuir-Blodgett（LB）技术LB技术是制备有机单分子膜的一种常用方法。
该方法通过将分子分散于水中溶液，然后以平衡空气-水两相界面的方式进行自组装，最后通过机械压缩将所得到的分子单层转移到固体基底上。
这种方法的优点在于其可以对单分子膜进行完美的组织和取向，能够产生大面积单分子膜。
（二）自组装技术自组装技术是有机单分子膜制备的另一种常用方法。
这种方法是将表面活性分子分散在溶液中，然后在固体基底表面停留一段时间，通过互相作用力的交叉作用而自动组装成自组装单分子层。
自组装单分子层能够通过浸渍或印刷等方式进行制备，制备过程环保无污染，原料价格也相对较低。
三、有机单分子膜的表面性质有机单分子膜表面性质的研究在材料科学领域中具有重要意义。
有机单分子膜具有优异的性质：如较好的耐腐蚀性、导电性、疏水性、生物相容性等，已经广泛应用于超级电容器、晶体管器件、化学传感器及生物医学领域等。
（一）导电性有机单分子膜的导电性与分子的载流子转移特性密切相关。
有机单分子膜通常是由π共轭电子体系构成，具有良好的电荷传导能力。
例如，铜酞菁就是一种在有机单分子膜中被广泛应用的π共轭电子体系，其导电性能较好。
（二）疏水性有机单分子膜的疏水性能使得其在防水、防污染等方面发挥了作用。
例如，在太阳能电池中应用的为硫化异丙酸铅的单分子膜表面就具有较好的疏水性，使其具有更好的电化学性能。
巯基丙酸自组装单分子膜电化学交流阻抗表征方法的研究
于 表征 烷基硫 醇 Ｓ ＡＭｓ 言 ， Ｉ 而 Ｅ Ｓ比 Ｃ 更 为有效 ， Ｖ 因为烷基 硫 醇 Ｓ ＡＭｓ 修饰 电极 的膜 电阻较 大 ， 在测 试 体系 中很难 得 到 电流 变化 的信 息 ， 而利用 Ｅ Ｓ可测得 修饰 电极 的 电子传 递 电阻 （ ， 以跟踪 电极 Ｉ Ｒ ）可
摘 要 ： 自组装技 术（ Ａ） ｓ 提供 了在 分 子水 平 上 构 造 化 学 界 面 的 简便 手段 ， 生 物传 感 在
器、 润滑 、 属 防腐 、 化 、 金 催 刻蚀 、 子 器件 、 分 非线形 光 学等诸 多领 域具有 广泛 的应 用前 景 ，
已成 为近 ２ Ｏ年来 界 面化 学 与材 料 化 学领 域 研 究 的 热 点．自组 装 单 分 子膜 （ ＡＭｓ 的表 Ｓ ）
１ 实 验 部 分
１ １ 仪器 与试剂 ．
Ｉ ｅ Ｍ６ 型光 电化 学分 析 仪 （ ＡＨＮＥ 公 司 ， 国） ＴＥ ＯＲ ２ Ｚ Ｒ 德 ； ＮＳ ７红 外 测试 仪 （ Ｒ Ｅ Ｂ ＵＫ Ｒ公 司 ， 德
收 稿 日期 ： ０ ２０ － ５ ２ １ — ４２
基 金 项 目 ： 家 自然科 学 基 金 项 目 （０ ７０ ９ ； 宁 省 教 育 厅 高 校 重 点 实 验 室 项 目 （０ ８ １ ４ 国 ６５ ２ ０ ） 辽 ２０Ｓ３ ） 作 者 简 介 ： 春 梁 （ ９６ ， ， 宁 岫 岩 人 ， 宁师 范大 学 教 授 ． 冯 １ ５ 一）男 辽 辽
（ Ｂ ，Ｈ ． ） Ｐ Ｓ ｐ ７ Ｏ 中制 备 的巯基 丙酸 Ｓ ＡＭｓ修饰 金 电极 （ Ａ Ｓ ＭＰ ＡＭｓ Ａｕ 进行 了 Ｅ Ｓ表 ／ ） Ｉ 征 ， 讨 了溶剂 以及 浸泡 时 间对 ＭＰ Ｓ 探 Ａ ＡＭｓ的影 响 ， 究结 果 对 Ｓ 研 ＡＭｓ的制 备 与 应用
分子自组装研究进展_刘海林
第22卷 第2期V ol 122 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第88期Apr.2004文章编号:10042793X (2004)022*******收稿日期:2003209210;修订日期:2003210220作者简介:刘海林(1979-),男,天津蓟县人,硕士研究生,从事有机无机杂化高分子的研究.分子自组装研究进展刘海林,马晓燕,袁 莉,黄 韵(西北工业大学化学工程系,陕西西安 710072) 【摘 要】 分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。
在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。
在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。
【关键词】 分子自组装;自组装膜中图分类号:T B383 文献标识码:AMolecule Self 2assembly T echnology and Its R esearch AdvancesLIU H ai 2lin ,MA Xiao 2yan ,YUAN Li ,HUANG Yun(Dep artment of Chemical E ngineering ,N orthw estern Polytechnical U niversity ,Xi ’an 710072,China)【Abstract 】 Numerous self 2assembling systems have been developed ranging from m odels to the study of biotechnology ,to m olecularelectronics ,sur face engineering ,and nanotechnology.As a fabrication tool ,m olecular self 2assembly technology will become remendously im portant in the coming decades.In this article ,many aspects of m olecule self 2assembly technology are reviewed ,such as definition ,interaction mechanism ,classification ,in fluence factors ,and characterization.S ome research advances and uses of self 2assembly are als o reviewed.【K ey w ords 】 self 2assembly ;self 2assembled m olecular m onolayer1 前 言分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自组装单分子膜的合成及其表征方法1232230039 12材料化学2班龚赛赛摘要：自组装分子膜的制备和表征是目前自组装研究领域的主要方向, 此文总结了现阶段分子自组装膜的主要制备方法, 并从扫描探针显微镜( SPM)、电化学、光谱学和接触角等方面综述了近几年来自组装单分子膜的表征方法的研究进展, 概述自组装分子技术的现状及发展趋势。
关键词：自组装单分子膜; 扫描探针显微镜; 表征研究引言自组装单分子膜( SAMs) 的制备技术与机理研究已成为当今科研工作者们的研究热点，例如: 腐蚀科学、界面科学、材料科学等许多领域。
它的制备技术多样化，应用领域广泛化，工艺简单，成本低廉，是自组装技术的主要特点，但研究自组装分子膜的形状大小、结构方式、性能对比、致密性与稳定性等性质却离不开表征方法。
科学研究中利用大量的表征技术，可以提高工作效率，节省劳动成本，同时也可以获得人肉眼所不能察觉的信息，因此选择恰当的表征技术、方法与表征参数是科研工作者需要亟待解决的问题。
但关于自组装分子膜的表征技术等方面的文章在近几年内并不多见。
下面本文就对自组装的主要技术和表征等方面作综述。
1.分子自组装的主要技术1.1 化学吸附的自组装膜技术其方法为: 将附有某表面物质的基片浸入到待组装分子的溶液或气氛中, 待组装分子一端的反应基与基片表面发生自动连续化学反应。
在基片表面形成化学键连接的二维有序单层膜, 同层内分子间作用力仍为范德华力。
若单层膜表面具有某种反应活性的活性基, 再与其它物质反应, 如此重复构成同质或异质的多层膜。
其主要用于以图形化自组装膜( se lf- assemb ly: SA )为模板的纳米结构制备技术。
SA 结合光辐射、微接触印刷、等离子体刻蚀等方法获得了广泛应用。
例如Taton K. S. 和Gu ireP. E.将水溶液里包含光敏二苯甲酮疏水嵌段和低分子量聚环氧乙烷亲水嵌段的二嵌段共聚物用紫外光照射后, 共聚物自发地以共价键吸附到疏水表面上, 自组装成可减少细菌粘附的生物涂覆材料的SAM。
1.2物理吸附的离子自组装膜技术又称为分子沉积法, 是1991年德国Ma inz大学的Decher首先提出的。
其原理为: 将表面带正电荷的基片浸入阴离子聚电解质溶液中, 因静电吸引, 阴离子聚电解质吸附到基片表面使基片表面带负电, 然后将表面带负电荷的基片再浸入阳离子聚电解质溶液中, 如此重复得多层聚电解质自组装膜。
这样可制取有机分子与其它组分的多层复合超薄膜。
如图1所示。
该技术有较好的识别能力、生物相容性、导电性、耐磨性, 比之于化学吸附膜, 层与层之间较强作用力使稳定性大为提高[ 7] 。
Judk insC. M. 等[ 8] 在碳电极表面自组装1, 1c- 桥联- 2,2c- 二吡啶盐离子, 发现产物与高氯酸盐通过离子作用可获得性质稳定的膜, 并用循环伏安法研究了膜的催化性质。
Cordas C. M 等[ 9] 在金电极上自组装了三价卟啉铁二硫化物衍生物的单层膜, 并用称量分析法和椭圆光度法研究出具有电催化功能的改性电极。
1.3旋涂方法旋涂方法是指将配制好的聚合物溶液滴加到高速旋转的底物表面形成薄膜。
Kim等用旋涂方法在玻璃底物上得到不对称聚联乙炔的自组装膜, 并用红外光谱和介电光谱确证了自组装膜氢键网络结构。
张榕本等[ 10] 也用旋涂方法在玻璃上得到二阶非线性的光学自组装膜, 用红外光谱, 原子力显微镜(AFM )及示差扫描量热法( DSC )研究了自组装结构的形成过程1.4基底上的有机分子自组装基底上的有机分子自组装是有机分子自组装的主要方法之一, 除了产生自组装膜外, 还可产生其它结构。
根据基底的不同, 可分为:( 1) 金属基底: 如重金属(金、银、铂等) 表面硫醇类或二硫化物的自组装。
通过有机物某官能团与金属共价作用使有机物自组装成单分子膜。
( 2) 金属氧化物为基底: 现在多为有机羧酸与A l2O3、T iO2或SnO2基底相互作用。
羧基与基底上亲水氧化膜的) OH 官能团反应形成新界面, 新界面又与有机羧酸反应, 如此再形成新界面, 促使有机羧酸自组装。
( 3)半导体基底: 具有共价键的有机分子在S iO2、Ge、GaA s半导体表面提供了一种表面钝化工具, 可自组装成烷基链。
( 4)无机晶体基底: 使功能化有机单体在无机晶体上自组装并在交联剂作用下聚合, 再洗去晶体, 留下排列有序的聚合物, 在合适条件下聚合物指导无机离子长出新晶型晶体。
1.5慢蒸发溶剂方法Kun itake 和他的合作者首次通过缓慢蒸发水或非质子溶剂获得两亲分子自组装膜。
沈家骢[ 11]指出长脂链单胺、乙二胺、环氧氯丙烷熔融聚合得到一个两亲性聚合物, 将这个聚合物溶于氯仿/乙醇( 7B3), 在固定蒸汽压和室温条件下蒸发有机溶剂48h, 得到自组装膜。
2.自组装单分子膜的表征2.1 扫描探针显微镜( SPM )测定方法2.1.1扫描隧道显微镜( STM)扫描隧道显微镜( scanning tunneling microscopy,STM) 在获得单分子膜的纳米结构方面显示了独特的优越性,可用于单分子膜的表征。
孙乔玉等用STM 得到了以DMSO 和丙酮为溶剂制备的HMMP 单分子膜的图像。
图像明暗相间, 亮的部分对应于表面凸起部分, 暗的部分对应于低凹部分,据此可定性得知所得单分子膜的致密性和有序度。
Sawaguchi 等用高分辨率STM 研究了4-巯基吡啶、2-巯基吡啶以及苯硫吩在金( Ó) 电极上的SAMs 的形貌, 认为2-吡啶硫醇盐是通过硫原子和氮原子附在金( Ó) 表面, 并用STM 图像证明了吡啶部分的氮原子是增强电化学反应的关键因素, 其表面覆盖率为01167, 换算成表面浓度为318 @ 10- 10 molPcm2。
2001 年该组人员又报道了金电极在3-巯基丙酸的HClO4 溶液中自组装膜的STM 研究。
电化学STM( ECSTM) 是在STM 的基础上与电化学方法相结合产生的一种新的测试技术, 其最大特点是可以在溶液环境下工作, 既可以实时、原位、三维空间观察控制化学反应及过程, 又可以对材料进行原子级加工。
万立骏等于溶液中在Cu( Ó)表面制备了TCNQ 的单层分子薄膜, 并用电化学STM 对其吸附层的结构、分子位向等进行了原位实时测定。
结果表明, TCNQ 分子在Cu( Ó) 表面形成有序的( 4 @ 4) 结构, 分子的P电子与Cu 表面相互作用, 采取/ 平卧0的水平取向, 并提出了分子与基底键接的关系模型。
2.1.2原子力显微镜（AFM）应用原子力显微镜( atomic force microscopy,AFM) 可以直接观测沉积在固体表面膜的微观结构,直接表征膜的表面形貌以及膜中存在的缺陷。
同时, 在探索纳米级化合物的自组装膜的研究中也显示了其独特的优越性。
另外, 利用该方法可以直接测定单分子膜的厚度,但是对仪器的分辨率要求很高。
Gau 等利用AFM 表征了裸金表面直接吸附的streptavidin 的表面形貌与streptavidin 分子的尺寸相一致。
结果表明只有一层分子膜沉积在金表面, 并且进一步证实了SPR ( surface plasmon resonance)得到的单层膜的结论。
董飒英等利用该法展示了自组装抗体和免疫反应后复合物的形貌。
化学力显微镜( CFM) 是在AFM 的基础上发展起来的新型扫描技术, 通过对AFM 探针进行功能化修饰, 使其可以识别存在于同一表面内的不同官能团。
何会新等利用CFM 技术测得探针与样品间的粘附力, 并对其进行统计处理, 测得Au ) S 键能为34 ? 5kcalPmol, 与理论推算值基本接近。
非接触AFM( NC-AFM) 法已经广泛应用于金属导体、半导体甚至是绝缘体的表面分析。
Ichii 等用NC-AFM 研究了两种烷基硫醇在同一金表面的自组装膜的情况。
另外近年来发展起来的脉冲式。
AFM 可以测得金表面单分子膜的粘滞力的分布情况。
2.1.3扫描电子显微电镜( SEM)扫描电子显微镜( scanning electronic microscopy,SEM) 可以观测到基底表面形成膜的形貌, 通过组装前后基底表面的变化可以定性说明自组装膜的存在及致密程度, 但是它不可以定量说明。
SEM 只是直接证明了膜的形成, 不能给出实际进行组装的原子、组装原子与基底的成键类型以及是否为单分子膜等方面的信息, 它需要与XPS、STM 或其它的表征手段相结合。
邵会波等利用SEM 接观测到了Au 电极表面的Schiff 碱自组装膜, 同时与循环伏安( CV) 和交流阻抗( IA) 方法相结合对其自组装膜进行表征, 证实形成的膜较疏松, 对异相电子转移起到了一定的阻碍作用。
2.2 电化学表征2.2.1循环伏安法循环伏安法测试金属表面的成膜情况效果非常明显，是在电极体系( 通常为三电极体系或四电极线工作模式) 建立后，通过观察经过工作电极的电流变化来判定自组装分子膜在金属表面的成膜状态，如: 可以判别出成膜的组装程度、缺陷程度、致密性等条件。
以下是Schiff 碱自组装单分子膜在银片表面成膜的循环伏安图。
图1 裸银片电极和加Schiff 碱自组装分子膜银片电极的循环伏安图以上CV 图中共测试三银片，自上而下分别为无自组装裸银片，组装时间为5 小时和40 小时的加膜银片。
清晰可见，无自组装裸银片的扫描电流变化明显，而加膜两银片的扫描电流平缓趋于直线。
2.2.2塔菲尔曲线法塔菲尔曲线法可以测出金属表面自组装单分子膜的组装程度，如成膜的致密性，稳定性等等。
是通过观测腐蚀电位和腐蚀电流的高低，阴极、阳极腐蚀效果来判断基体表面成膜情况的，通常是测试一组数据( 两次以上) 才能对比看出表面成膜的好坏。
3.光谱学测定X射线光电子能谱( XPS)可以相当灵敏地反映表面吸附原子的价电子与衬底原子成键后使其内层电子的束缚能产生的/化学位移0, 进而了解原子的成键情况以及价态的变化, 从而判断吸附原子与衬底原子的相互作用情况。
利用XPS 也可以进行定量分析。
对于同一种元素, 光电子的谱峰强度(峰面积或峰高) 大小能反映元素浓度或含量的多少;并且XPS 中的携上峰( shake- up)现象, 可以用来诊断物质的结构。
此外, 还有自组装膜的红外光谱( IR )研究, 包括掠角反射红外光谱( GIR- IR)和水平衰减全反射- 傅立叶变换红外光谱( ATR - FTIR ); 热脱附谱( TDS), 用于表征膜表面性质和探测表面的覆盖率;椭圆光度法, 可以直接测定膜的厚度, 推算膜的折射率, 为研究成膜分子的结构和取向提供了依据。