两亲分子在固体表面的有序组装:硅烷、聚电解质及表面活性剂

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本论文研究了三种两亲分子有序组装膜体系,即硅烷自组装膜、聚电解质吸附膜和表面活性剂小分子吸附膜。利用原子力显微镜、扫描电镜、X射线光电子能谱、红外光谱、热失重分析、静态以及动态接触角等手段考察了自组装膜的性质,深入系统地探讨了组装分子与基底的相互作用、组装分子之间的相互作用、组装分子与溶剂环境的相互作用以及分子有序膜对表面性质的改变等问题,取得了以下有意义的研究进展:   (1)选用溶液沉积法和气相沉积法,结合硅烷自组装以及激光刻蚀技术在硅片表面构造了对水滴具有不同粘附性的硅烷和氟硅烷自组装超疏水膜,这种粘附性的差异在微流体设备等液体微传输方面具有潜在的应用。   (2)利用丙氨基三甲氧基硅烷在气/固界面的自组装构筑了重复性良好的氨基功能化表面。得到的氨基功能化表面具有表面形貌均一、反应性氨基比例高的特点。在氨基功能化表面进一步制备了具有不同链长的烷基羧酸复合自组装膜,发现硅片表面的疏水性随烷基羧酸链长的增加呈单调递增的规律。在粗糙硅片表面上构筑具有不同链长的烷基羧酸复合自组装膜,硅片表面的超疏水性同样呈单调递增的规律。   (3)研究了具有不同电荷密度的疏水改性丙烯酰胺和丙烯酸共聚物在氨基功能化表面上的吸附,发现疏水相互作用及氢键相互作用能够提高聚电解质的吸附量,电荷密度的提高会导致吸附膜表面产生更多聚集体。研究了选择性溶剂对疏水改性聚合物吸附膜形态的影响,结果表明溶剂对聚合物亲水主链以及疏水支链之间亲和性的差异可以改变吸附层的形态。   (4)研究了pH对聚丙烯酸(PAA)与二氧化硅表面相互作用的影响,发现PAA能够在较广的pH范围内通过氢键相互作用连接在二氧化硅表面。结合表面粗糙化以及PAA热缩合,亲水PAA吸附膜能够转变成具有接近超疏水性的吸附膜。   (5)研究了部分氟代gemini型表面活性剂在二氧化硅表面的堆积状态。吸附时间较短,表面活性剂分子采取单层膜聚集形态;经过较长时间平衡,表面活性剂分子会转变成双层膜结构。发现溶剂与表面活性剂分子的碳氟疏水链和极性亲水头相互作用的差异会推动表面活性剂分子改变其堆积状态。
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