空氣-水界面氧化物薄膜的自組裝.pdf

1、自組裝是指分子及納米顆粒等結(jié)構(gòu)單元在平衡條件下，通過(guò)非共價(jià)鍵作用自發(fā)地締結(jié)成熱力學(xué)上穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)上確定、性能上特殊的聚集體的過(guò)程。它在納米材料研究中越來(lái)越引起人們的重視。本文以陰離子表面活性劑為模板，金屬醇鹽為原料，利用自組裝的方法制備了具有有序結(jié)構(gòu)的空氣-水界面薄膜。采用了 X 射線衍射、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振、熱重．差熱分析、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、能譜等一系列分析手段，對(duì)這種薄膜樣品的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、機(jī)理等諸多方面進(jìn)

2、行了研究。全文主要研究?jī)?nèi)容如下： 使用十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉為模板，在明膠的穩(wěn)定作用下，以自組裝方法制備了以多環(huán)納米盤為組成顆粒的．ZrO<,2>基空氣．水界面薄膜，其環(huán)間距約為3.3nm。使用核磁共振對(duì)明膠與表面活性劑間的相互作用進(jìn)行了研究，提出了成環(huán)機(jī)理，并利用透射電子顯微鏡觀察的結(jié)果對(duì)機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了在體系中同時(shí)存在支鏈反應(yīng)，并對(duì)納米盤生成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了討論。研究了ZrO<,2>多環(huán)納米盤的熱

3、性能，對(duì)其相轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行了深入探討。同時(shí)，還以十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸和β萘磺酸鈉3種表面活性劑為模板在無(wú)明膠的條件下制備了ZrO<,2>基自組裝薄膜。 使用表面活性劑十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸和十二烷基硫酸鈉為模板在空氣．水界面制備了 TiO<,2>基自組裝薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由不同表面活性劑制備的薄膜結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的d值也各不相同。以十二烷基硫酸鈉制備的自組裝薄膜為例，討論了表面活性劑對(duì)層間距影響。發(fā)

4、現(xiàn)自組裝層結(jié)構(gòu)的模板是表面活性劑雙分子結(jié)構(gòu)，而雙分子結(jié)構(gòu)作為模板時(shí)會(huì)發(fā)生傾斜，自組裝結(jié)構(gòu)的層間距由表面活性劑分子長(zhǎng)度、雙分子結(jié)構(gòu)的重疊部分的長(zhǎng)度和傾斜角三者共同決定?？疾炝耸榛撬徕c模板在TiO<,2>基自組裝薄膜中的穩(wěn)定性，硝酸、硫酸、磷酸、醋酸對(duì)自組裝膜的影響，以及不同分子量的聚乙二醇和水溶性淀粉對(duì)自組裝膜的影響。 使用表面活性劑十二烷基磺酸鈉為模板制備了 TiO<,2>/ZrO<,2>、TiO<,2>/SiO<,2>

5、 和ZrO<,2>/SiO<,2>一系列二元氧化物自組裝薄膜。X 射線衍射證明薄膜中均有層狀結(jié)構(gòu)存在，但層結(jié)構(gòu)在煅燒后都發(fā)生了坍塌。透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：TiO<,2>/ZrO<,2>薄膜主要由棒狀納米顆粒組成，顆粒上可以觀察到明顯的層狀結(jié)構(gòu)，且層狀結(jié)構(gòu)與納米棒的長(zhǎng)度方向相垂直；ZrO<,2>/SiO<,2>薄膜主要由葉片狀納米顆粒組成。 使用陰離子表面活性劑在強(qiáng)堿性環(huán)境中自組裝制備了ZnO 基空氣．水界面膜。X射線衍射和透

6、射電子顯微鏡觀察證實(shí)了層狀結(jié)構(gòu)和六方相結(jié)構(gòu)的存在。提出了這種薄膜的形成機(jī)理：在薄膜自組裝過(guò)程中，Na<'+>離子充當(dāng)了無(wú)機(jī)前驅(qū)體和表面活性劑模板間的橋梁；而體系的pH值則影響了表面活性劑模板的聚集狀態(tài)。使用表面活性劑十二烷基磺酸鈉為模板劑制備了Al<,2>O<,2>基和SiO<,2>基空氣．水界面自組裝薄膜。X射線衍射和透射電子顯微鏡證實(shí)Al<,2>O<,2>基薄膜中有層狀結(jié)構(gòu)存在，相應(yīng)的d值為3.2nm；而SiO<,2>基薄膜中只有介