納米金復(fù)合物薄膜的構(gòu)筑及形成機(jī)制研究.pdf

1、薄膜的表面圖案化及表面微結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑在微電子學(xué)、信息存儲(chǔ)設(shè)備、納米及微流體裝置和生物傳感器等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。與傳統(tǒng)的表面印刷技術(shù)相比，“自下而上”的自組裝方法具有簡(jiǎn)單、快速、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，尤其在構(gòu)筑各種有序納米結(jié)構(gòu)及多級(jí)結(jié)構(gòu)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。以非共價(jià)鍵或弱相互作用為主的超分子自組裝一般產(chǎn)生納米級(jí)有序結(jié)構(gòu)，而以納米顆粒為主要構(gòu)筑單元的動(dòng)態(tài)自組裝形成的結(jié)構(gòu)往往具有更大的尺度范圍。本論文以有機(jī)配體分子穩(wěn)定的金納米顆粒及其納米復(fù)合物為

2、主要構(gòu)筑單元，基于溶劑揮發(fā)的方法，在氣/液界面及固體表面制備了具有高度有序蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合物薄膜，并得到了表面具有發(fā)散狀條紋結(jié)構(gòu)的復(fù)合物薄膜。本論文的結(jié)構(gòu)安排和具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 第一章：緒論。首先介紹了金納米顆粒的性質(zhì)及常見(jiàn)的合成方法，其次介紹了咖啡環(huán)效應(yīng)的形成機(jī)理及以此為基礎(chǔ)的表面圖案化，然后詳細(xì)介紹了水滴模板法制備蜂窩狀多孔薄膜的研究現(xiàn)狀及最新進(jìn)展，包括水滴模板法的建立、各類(lèi)體系、影響因素及薄膜的再加工方法和應(yīng)用

3、，最后是本文的研究目的和意義。
　　 第二章：采用兩相法合成了十二烷基硫醇及雙十八烷基二甲基氯化銨穩(wěn)定的疏水性單分散金納米顆粒，利用水滴模板法制備了規(guī)則的蜂窩狀多孔薄膜，并利用TEM、SEM和AFM對(duì)薄膜進(jìn)行了表征。以表面活性劑單分子層為基底，建立了疏水性納米顆粒在氣/液界面制備有序多孔薄膜的方法。考察了濃度對(duì)薄膜不同區(qū)域結(jié)構(gòu)及形貌的影響，得到了鑿穿單層多孔膜、六角網(wǎng)絡(luò)、肺泡狀多孔薄膜等不同結(jié)構(gòu)的多孔薄膜，并解釋了其形成機(jī)理。此

4、外還考察了金納米顆粒蜂窩狀薄膜的表面增強(qiáng)拉曼散射性質(zhì)，金納米顆粒多孔薄膜在表面增強(qiáng)拉曼散射基底等方面具有潛在的應(yīng)用前景。
　　 第三章：以十二烷基硫醇穩(wěn)定的金納米顆粒與聚苯乙烯的復(fù)合物為成膜材料，基于水滴模板法分別在氣/固界面和氣/液界面制備了高度有序的蜂窩狀多孔薄膜。用TEM和SEM證明了金納米粒子在薄膜形成過(guò)程中具有界面活性，用微觀相分離和界面吸附機(jī)理解釋了有序多孔結(jié)構(gòu)的形成原因。在氣/固界面得到了具有規(guī)則三維結(jié)構(gòu)的雙層多孔

5、薄膜，由于具有周期性多孔結(jié)構(gòu)并且參數(shù)與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相當(dāng)，薄膜在可見(jiàn)光區(qū)和近紫外光區(qū)都有很強(qiáng)的吸收，在太陽(yáng)光下呈現(xiàn)出彩虹顏色。考察了濃度及溶劑等因素對(duì)薄膜形貌的影響，在較高金納米粒子濃度情況下制備了具有孔-球多級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合物薄膜。在復(fù)合物薄膜的基礎(chǔ)上引入CdSe/CdS量子點(diǎn)和Fe3O4納米粒子，得到了三元復(fù)合物薄膜，熒光顯微鏡和室溫磁滯回線表明引入的量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)和Fe3O4納米粒子的超順磁性質(zhì)得到了很好的保持。在氣/液界面制備了具有

6、單層不對(duì)稱通孔結(jié)構(gòu)的自支持復(fù)合物薄膜，根據(jù)溶劑與水密度的關(guān)系以及水滴的直徑與薄膜的厚度之間的關(guān)系解釋了其形成機(jī)理。與在固體基底上制備的薄膜相比，具有通孔結(jié)構(gòu)的薄膜機(jī)械強(qiáng)度大大提高。
　　 第四章：以十二烷基硫醇穩(wěn)定的金納米顆粒與聚苯乙烯的復(fù)合物在低濕度條件下制備了具有發(fā)散狀大面積高度有序的條紋狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合物薄膜。SEM測(cè)試表明顯示這些條紋有一致的寬度，大約為1.3μm，相鄰條紋間的距離在12到35μm之間。AFM高度圖截面分析測(cè)

7、得這些條紋圖案的深度大約為140 nm，比薄膜的厚度要小很多，因此說(shuō)明這些規(guī)則的條紋圖案是在薄膜表面形成的微孔道陣列。利用光學(xué)顯微鏡觀察了薄膜形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)液滴蒸發(fā)分為兩個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)咖啡環(huán)暗邊和條紋狀圖案的形成，并且條紋總是垂直于溶劑收縮的前沿。分別考察了金納米顆粒與聚苯乙烯濃度的影響，解釋了微孔道陣列表面的形成機(jī)理，溶劑揮發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的溫度梯度及金納米顆粒濃度梯度引起的表面張力梯度引發(fā)Marangoni對(duì)流作用，從而產(chǎn)生周期