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《河南大学》 2008年
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Langmuir膜模板诱导结合动力学控制下的无机晶体材料生长研究

王海威  
【摘要】: 在生物体内,无机物的成核、生长和聚集通常都受到有机基质的调控和指导,使得这些无机晶体材料往往都具有特定的形貌、尺寸、高度统一的取向性和特殊的组装方式,从而在生物体内发挥着特殊的功能。受此现象的启发,人们一方面希望了解这种调控作用的具体信息,另一方面模拟这一过程,希望能够获得类似于生物体内的无机材料,通常人们将其成为仿生矿化。 Langmuir膜以其特殊的结构优势成为仿生矿化研究当中使用最广泛的有机模板之一。人们利用这一方法制备了大量的无机材料,虽然这些材料也具有特殊的形貌和结构特征,但它们往往是单个的独立晶体,很少能够生长成为大面积连续的薄膜。在我们的研究中,我们将由氨气的扩散引起的催化浓度扩散作为一个动力学控制引入到通常的Langmuir膜有机模板仿生矿化体系当中,组成一个Langmuir膜模板诱导结合动力学控制下的无机晶体生长体系,获得了大面积的均匀且具有良好晶面取向的碱式硝酸锌薄膜材料,并通过低温热处理获得了大面积的ZnO薄膜。通过对体系动力学控制的调控,获得了具有分形结构的材料。并对获得这些结构材料的原因进行了探讨,认为Langmuir膜模板诱导结合动力学控制下的无机晶体生长体系为制备大面积具有特殊结构材料提供了一种新颖的可行的路线。 论文主要包括一下几个方面的工作: 1.山嵛酸Langmuir膜模板诱导结合动力学控制下的碱式硝酸锌薄膜:用山嵛酸(BA)单分子膜作软模板,结合氨水在气液界面创造的pH浓度动力学模板,Langmuir单层膜膜板矢量控制和氨水动态控制相结合的方法诱导出了连续致密且沿着(200)面择优取向生长的碱式硝酸锌薄膜,研究发现,氨水的引入对于薄膜的形成起到了关键的作用,而模板效应是(200)晶面择优取向的主要因素。 2.牛血清白蛋白Langmuir膜模板诱导结合动力学控制生长碱式硝酸锌薄膜及其退火后形成的ZnO薄膜研究: 我们改用大分子成膜材料-牛血清白蛋白-单分子膜作为二维有序模板,考察模板对产物的形貌、结晶性能等的影响,用氨水作为动态气体扩散催化剂,合成了大面积连续择优取向生长的ZnO前驱体材料,进一步经300°С低温热处理后得到大面积的ZnO薄膜。结合生物矿化原理推测了单分子膜的控制机制,应用BSA软膜板的结构适应性对薄膜结构进行了简单分析。并用ZnO薄膜作为阳极板封装成ZnO染料敏化太阳能电池,简单测试了电池的光电化学性质。 3.山嵛酸Langmuir膜模板诱导结合动力学控制生长碱式硝酸锌分形结构研究:利用LB技术,以山嵛酸单分子膜作为模板,调节氨水浓度,以氨气扩散引起的pH值、亚相离子浓度、表面张力梯度作为界面的动力学控制,引入不平衡的生长动力,诱导出取向生长的具有分形结构的碱式硝酸锌。利用扩散限制聚集(DLA)模型对形成分形晶体的机理进行一定的解释。认为正是氨气的引入造成的不平衡状态为分形生长提供了可能。 4.牛血清白蛋白单层膜诱导碳酸锂结晶研究: 在蛋白质单层膜诱导下,研究在生物矿化过程中蛋白质对非生物材料碳酸锂的形貌、晶型和晶体生长取向的控制作用,进一步了解在生物矿化过程中生物大分子所起的作用。认为牛血清白蛋白的存在是形成碳酸锂特殊结构的原因。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB321

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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