有機(jī)自組裝單分子膜表面電勢(shì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)是集微型傳感器、信號(hào)處理器、執(zhí)行器以及控制和接口電路、通信和電源于一體的微型系統(tǒng)。它涉及微電子、機(jī)械制造、材料科學(xué)、自動(dòng)控制和生物技術(shù)等諸多學(xué)科，在基礎(chǔ)研究和工程等各個(gè)方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計(jì)制造高效、可靠的微機(jī)電系統(tǒng)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。但是在微觀尺度下特有的失效機(jī)制影響著微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，靜電粘滯是其中一個(gè)非常重要的失效機(jī)制。采用自組裝單分子膜改變微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的表面介電性質(zhì)是克服靜電粘滯失效機(jī)制

2、最可行的方法之一。研究自組裝單分子膜的表面電勢(shì)對(duì)合成優(yōu)良的抗靜電自組裝單分子膜、解決靜電粘滯失效具有重要意義。
　　 論文第一部分首先對(duì)金表面不同鏈長(zhǎng)烷基硫醇自組裝單分子膜(SAM)表面電勢(shì)的變化規(guī)律進(jìn)行了理論研究。從Helmholtz模型出發(fā)，借助量子化學(xué)軟件Gaussian03和MOPAC，就分子偶極矩、相對(duì)介電常數(shù)以及分子的傾斜角度對(duì)SAM表面電勢(shì)的影響進(jìn)行了討論。研究表明，不同鏈長(zhǎng)的烷基硫醇分子的偶極矩及其對(duì)應(yīng)SAM的相

3、對(duì)介電常數(shù)基本相同，對(duì)SAM表面電勢(shì)變化的影響可以忽略。不同鏈長(zhǎng)烷基硫醇SAM中分子的傾斜角度隨烷基鏈長(zhǎng)度的規(guī)律性變化是引起SAM表面電勢(shì)變化的主要原因。根據(jù)SAM形成的反應(yīng)機(jī)理，我們認(rèn)為，造成SAM中分子傾角變化的根本原因是烷基硫醇SAM的合成溫度與其所對(duì)應(yīng)的臨界溫度的溫差隨著烷基鏈上碳原子數(shù)的減少線性增大，導(dǎo)致所形成的SAM的結(jié)構(gòu)漸趨松散，SAM中分子的傾角逐漸增大，最終造成SAM表面電勢(shì)的規(guī)律性交化。
　　 論文第二部分就

4、反應(yīng)溫度對(duì)十八烷基三氯硅烷(OTS) SAM表面電勢(shì)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用靜電力顯微鏡對(duì)不同溫度下制備的OTS SAM樣品的表面電勢(shì)的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，OTS SAM樣品的表面電勢(shì)隨反應(yīng)溫度變化曲線以其臨界溫度為界明顯分為兩段。當(dāng)反應(yīng)溫度低于SAM的臨界溫度時(shí)，OTS SAM樣品表面電勢(shì)隨反應(yīng)溫度升高幾乎不變；當(dāng)反應(yīng)溫度高于SAM的臨界溫度時(shí)，反應(yīng)溫度每升高1℃，SAM樣品表面電勢(shì)降低6mV．我們認(rèn)為這是由于在臨界溫度以下制備的SAM樣品其

5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密、穩(wěn)定，各SAM樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)近乎相同，SAM樣品的表面電勢(shì)變化不大；當(dāng)合成溫度高于臨界溫度時(shí)，隨反應(yīng)溫度的升高，SAM樣品的結(jié)構(gòu)漸趨松散，SAM中分子的傾角逐漸增大，從而造成SAM樣品的表面電勢(shì)逐漸下降。
　　 論文第三部分針對(duì)馮軍勇等利用辛烷基三乙氧基硅烷(C8TES)分子的空間位阻效應(yīng)，采用分步法合成C8TES/OTS均相混合SAM的表面介電性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)樣品表面電勢(shì)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，C8TES/