Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制下的無機(jī)晶體材料生長研究.pdf

1、在生物體內(nèi)，無機(jī)物的成核、生長和聚集通常都受到有機(jī)基質(zhì)的調(diào)控和指導(dǎo)，使得這些無機(jī)晶體材料往往都具有特定的形貌、尺寸、高度統(tǒng)一的取向性和特殊的組裝方式，從而在生物體內(nèi)發(fā)揮著特殊的功能。受此現(xiàn)象的啟發(fā)，人們一方面希望了解這種調(diào)控作用的具體信息，另一方面模擬這一過程，希望能夠獲得類似于生物體內(nèi)的無機(jī)材料，通常人們將其成為仿生礦化。 Langmuir膜以其特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢成為仿生礦化研究當(dāng)中使用最廣泛的有機(jī)模板之一。人們利用這一方法制備了

2、大量的無機(jī)材料，雖然這些材料也具有特殊的形貌和結(jié)構(gòu)特征，但它們往往是單個(gè)的獨(dú)立晶體，很少能夠生長成為大面積連續(xù)的薄膜。在我們的研究中，我們將由氨氣的擴(kuò)散引起的催化濃度擴(kuò)散作為一個(gè)動(dòng)力學(xué)控制引入到通常的Langmuir膜有機(jī)模板仿生礦化體系當(dāng)中，組成一個(gè)Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制下的無機(jī)晶體生長體系，獲得了大面積的均勻且具有良好晶面取向的堿式硝酸鋅薄膜材料，并通過低溫?zé)崽幚慝@得了大面積的ZnO薄膜。通過對體系動(dòng)力學(xué)控制的調(diào)控

3、，獲得了具有分形結(jié)構(gòu)的材料。并對獲得這些結(jié)構(gòu)材料的原因進(jìn)行了探討，認(rèn)為Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制下的無機(jī)晶體生長體系為制備大面積具有特殊結(jié)構(gòu)材料提供了一種新穎的可行的路線。 論文主要包括一下幾個(gè)方面的工作： 1.山崳酸Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制下的堿式硝酸鋅薄膜： 用山崳酸(BA)單分子膜作軟模板，結(jié)合氨水在氣液界面創(chuàng)造的pH濃度動(dòng)力學(xué)模板，Langmuir單層膜膜板矢量控制和氨水動(dòng)態(tài)

4、控制相結(jié)合的方法誘導(dǎo)出了連續(xù)致密且沿著(200)面擇優(yōu)取向生長的堿式硝酸鋅薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，氨水的引入對于薄膜的形成起到了關(guān)鍵的作用，而模板效應(yīng)是(200)晶面擇優(yōu)取向的主要因素。 2.牛血清白蛋白Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制生長堿式硝酸鋅薄膜及其退火后形成的ZnO薄膜研究： 我們改用大分子成膜材料-牛血清白蛋白-單分子膜作為二維有序模板，考察模板對產(chǎn)物的形貌、結(jié)晶性能等的影響，用氨水作為動(dòng)態(tài)氣體擴(kuò)散催化劑，合

5、成了大面積連續(xù)擇優(yōu)取向生長的ZnO前驅(qū)體材料，進(jìn)一步經(jīng)300℃低溫?zé)崽幚砗蟮玫酱竺娣e的ZnO薄膜。結(jié)合生物礦化原理推測了單分子膜的控制機(jī)制，應(yīng)用BSA軟膜板的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性對薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單分析。并用ZnO薄膜作為陽極板封裝成ZnO染料敏化太陽能電池，簡單測試了電池的光電化學(xué)性質(zhì)。 3.山崳酸Langmuir膜模板誘導(dǎo)結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制生長堿式硝酸鋅分形結(jié)構(gòu)研究： 利用LB技術(shù)，以山崳酸單分子膜作為模板，調(diào)節(jié)氨水濃度，以氨氣擴(kuò)

6、散引起的pH值、亞相離子濃度、表面張力梯度作為界面的動(dòng)力學(xué)控制，引入不平衡的生長動(dòng)力，誘導(dǎo)出取向生長的具有分形結(jié)構(gòu)的堿式硝酸鋅。利用擴(kuò)散限制聚集(DLA)模型對形成分形晶體的機(jī)理進(jìn)行一定的解釋。認(rèn)為正是氨氣的引入造成的不平衡狀態(tài)為分形生長提供了可能。 4.牛血清白蛋白單層膜誘導(dǎo)碳酸鋰結(jié)晶研究： 在蛋白質(zhì)單層膜誘導(dǎo)下，研究在生物礦化過程中蛋白質(zhì)對非生物材料碳酸鋰的形貌、晶型和晶體生長取向的控制作用，進(jìn)一步了解在生物礦化過程