HOPG表面上乙醇分子形成的自組裝分子馬達(dá).pdf

1、納米材料是近幾十年來(lái)科學(xué)研究的一大熱點(diǎn)。納米材料是指由極細(xì)晶粒組成、特征維度尺寸在納米量級(jí)(1～100nm)的固體材料。由于這種材料的尺度處于原子簇和宏觀(guān)物體的交接區(qū)域，故而具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)，并具有奇異的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)等特性。隨著科技的發(fā)展，納米線(xiàn)、納米管以及納米薄膜等材料相繼問(wèn)世，并在實(shí)際運(yùn)用中表現(xiàn)出無(wú)可替代的卓越性質(zhì)。當(dāng)前，人們對(duì)納米材料的研究和期待更顯炙熱，分子馬達(dá)也隨之

2、誕生。
　　掃描隧道顯微鏡是一種先進(jìn)的表面分析設(shè)備，它不但可以提供原子分辨的表面形貌圖像，而且能夠反應(yīng)出實(shí)空間中納米材料的電子結(jié)構(gòu)。掃描隧道顯微鏡中的超高真空系統(tǒng)，能夠使材料樣品所屬空間達(dá)到10-10mbar甚至更好的真空度，可以減少周?chē)h(huán)境中的各種微觀(guān)粒子（例如電子、離子、光子、原子和分子等）的干擾，在超高真空環(huán)境中，單位體積內(nèi)的分子數(shù)不及正常氣壓中的1/1012，這對(duì)于納米材料的研究和制各都是非常理想的條件。低溫裝置對(duì)于STM

3、而言，不僅減小了STM及樣品的熱運(yùn)動(dòng)，而且降低甚至消除了外界環(huán)境的噪音干擾，提高了掃描隧道電流譜的分辨能力，同時(shí)也為各種可控操作得以實(shí)現(xiàn)提供了保障，例如原子或分子的操縱、針尖誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)等。因此，利用STM研究納米材料具有很多得優(yōu)點(diǎn)。
　　本文利用STM針尖沉積方法和超高真空低溫掃描隧道顯微鏡(UHV-STM)，在高定向裂解石墨(HOPG)表面制備并研究氫鍵聯(lián)接的乙醇分子鏈。分子鏈固定在高定向裂解石墨襯底表面，而不是把它植入到液

4、態(tài)或固體內(nèi)部，其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用維度效應(yīng)，在襯底上方的半個(gè)空間內(nèi)很方便地操控分子。通過(guò)STM針尖在分子鏈的一端施加脈沖電壓，致使分子羥基上的H原子脫附，留下的O離子會(huì)與襯底的C結(jié)合，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。脫氫后的乙醇分子鏈圍繞著脫氫位置轉(zhuǎn)動(dòng)，形成大尺寸的自組裝分子馬達(dá)。當(dāng)分子鏈一端脫掉兩個(gè)氫原子，則分子鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)受到阻礙，形成小轉(zhuǎn)角的扇形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，乙醇分子鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制是熱運(yùn)動(dòng)和電子的非彈性隧穿兩種機(jī)制的聯(lián)合作用。若單有分子的