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硅基表面亲水化处理的研究及其表面自组装膜的修饰

毛强强  
【摘要】: 本文主要围绕硅基上功能自组装膜的制备与修饰、金属纳米粒子薄膜在功能自组装膜上的制备展开了如下的工作。 1.通过比较微波辐照法与传统清洗法亲水化处理的效果,研究了微波辐照法的亲水化处理过程。同时,通过在清洗后的硅基上组装十八烷基三氯硅烷(Octadecyltrichlorosilane, OTS)自组装膜,研究了经微波辐照法亲水化处理后的硅基作为制备自组装膜基底的效果。结果表明,当微波辐照功率在800W时,最佳的辐照时间为90s,得到了亲水性很强的硅基底,对超纯水的接触角可达6.5°。红外光谱和接触角检测结果显示,两种亲水化处理后的硅基底上均可以组装上一层结构致密的OTS自组装膜。从而验证了微波辐照法可以作为一种新型硅基亲水化处理方法,同时,经该方法处理后的硅基完全可以作为制备自组装膜的基底。同时,还将微波辐照法引入到烧杯清洗的过程中。 2.通过微波辐照法与液相硅烷法相结合,以4-(三乙氧基硅烷)-丁氰(4-(Triethoxysilyl)-butyronitrile)为硅烷试剂,制备了端基为氰基的自组装膜;在一定浓度的盐酸溶液中,通过氰基的水解,得到了端基为羧基的自组装膜。运用接触角检测、红外光谱法和原子力显微镜表征了端基为氰基和羧基的自组装膜。结果表明,在浓度为1mol/L的盐酸溶液中,25℃下,氰基水解为羧基,制备了具有一定亲水性的羧基自组装膜,对超纯水的接触角可达33.4°,膜层的表面粗糙度仅为0.0670nm,在较大范围内保持了膜层的平整有序性。从而得到了一种端基为羧基的自组装膜的新的制备方法。 3.通过原位组装和硼氢化钠溶液还原的方法,在端基为羧基的自组装膜上,制备了银纳米粒子;经银增强显影液处理后,得到了以自组装膜为基底的银纳米粒子功能薄膜。运用原子力显微镜、紫外光谱仪和电化学工作站表征了得到的银纳米粒子薄膜。结果表明,经银增强液显影后,自组装膜层上的银纳米粒子紫外吸收峰发生了“红移”,从395nm移到425nm,但仍在银纳米粒子的特征峰范围内。通过交流阻抗法测定了由银纳米粒子薄膜作为工作电极的极化电阻,优于同等条件下由玻碳电极作为工作电极的极化电阻。从而验证了在端基为羧基的自组装膜上制备了具有光电特性的银纳米粒子薄膜。


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