不锈钢/硅表面烷基三氯硅烷自组装单分子膜的制备及表征

【摘要】自组装单分子膜(Self-assembledmonolayer,SAM)是指成膜分子通过与基底间的物理化学作用,自发地吸附于基底表面形成的分子有序排列的单分子薄膜。SAM不但结构高度有序,而且可以通过控制成膜分子的种类、碳链长度和分子末端基团的类型制备出具有特殊功能和用途的表面,在基础科学研究和现代工程应用上具有重要意义。论文由两部分组成。论文第一部分研究了316L不锈钢(StainlessSteel316L,SS316L)表面十八烷基三氯硅烷(Octadecyltrichlorosilane,OTS)SAM的制备；论文第二部分对单晶硅表面辛基三乙氧基硅烷(Octyltriethoxysilane,C8TES)/OTS均相混合SAM的结构及其形成机制进行了研究。OTSSAM是单晶硅表面自组装单分子膜体系中性质最稳定的一种,但通过传统的制备工艺却无法在316L不锈钢表面制备完整的OTSSAM。论文第一部分通过延长OTS-甲苯溶液的保存时间并向OTS-甲苯溶液中加入适量的碱,改进了OTSSAM的制备工艺,并研究了这两个因素对316L不锈钢表面OTSSAM成膜的影响。结果表明,当OTS-甲苯溶液的保存时间为2小时,反应液中氢氧化钠与OTS分子的摩尔比为4.8士0.5时,反应后样品表面的前进接触角达到最大值,约为110°,与经典的单晶硅表面的OTSSAM一致；扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征结果表明,无论是在宏观尺度还是在微观尺度上,采用新工艺制备出来的样品表面上都没有出现明显的腐蚀现象,制备出来的OTSSAM是一层完整的膜；红外结果显示,新工艺制备出来的OTSSAM内部分子排列属于结晶态的范畴；耐腐蚀实验结果显示,即使是在生理盐水或PBS缓冲溶液浸泡达60天之久,OTSSAM表面的前进接触角仍大于90°,展现出典型的疏水性质,表明采用新工艺在316L不锈钢表面制备的OTSSAM在生理条件下具备很好的稳定性。论文第二部分,使用接触角、AFM、静电力显微镜(EFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对C8TES/OTS均相混合SAM及其形成过程中样品表面的润湿性、表面形貌、表面电势和膜内分子的有序度进行了表征,对采用分步法利用C8TES分子空间位阻制备C8TES/OTS均相混合SAM的反应机制进行了研究。结果表明,C8TES/OTS均相混合SAM表面接触角为105°,样品表面平整、光滑；对样品表面电势进行分析后发现,混合SAM表面电势分布均匀,电势频率分布为典型的正态分布；在均相混合SAM的形成过程中,样品表面电势的分布始终十分均匀,电势频率分布均为典型的正态分布;C8TES/OTS均相混合SAM是一种具有上下两层分子排列密度不同的膜结构的单分子膜,其内部结构至少在500nm×500nm到20μm×20μm尺度上是高度均匀一致的,膜内没有明显的特征结构,具有典型的均相混合SAM特征。
【作者】朱志文；
【导师】徐国华；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】自组装单分子膜；316L不锈钢；十八烷基三氯硅烷；生理条件；空间位阻；静电力显微镜；表面电势；

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