超重力条件下交替层状自组装多层膜的研究
本文采用超重力-交替层状自组装方法进行快速构筑制备了交替层状自组装多层膜。分别从表面形貌和致密性两方面考察了平面基底上制备的多层膜的成膜质量，研究了PDDA/Au NPs、PDDA/PAzo、PEI1800/Por三种构筑基元体系的成膜规律;以PDDA/Au NPs为构筑基元，首次在非平面基底上进行超重力-交替层状自组装，并保证了成膜质量;通过PEI1800/Por体系简单研究了小分子构筑基元的自组装行为，以探索多层膜自组装的条件。 在PDDA/Au NPs体系中，测定了Au NPs的吸附速率和多层膜的组装过程，表征了在平面基底硅片和非平面基底泡沫镍上组装多层膜的表面形貌。结果表明，浸泡条件下Au NPs约16min即可达到吸附平衡，而超重力条件下转动频率分别为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz对应的吸附平衡时间依次为9min、5min、2min、1min，在超重力条件下能够实现多层膜的快速构筑;浸泡条件下(PDDA/Au NPs)5多层膜的表面粗糙度约为14.3nm，超重力条件下仅为10.3nm左右，SEM图也显示超重力条件下制备的多层膜的表面更平整;首次在超重力条件下实现了非平面基底上的自组装，多层膜的表面形貌并未受到影响。 在PDDA/PAzo体系中，测定了PAzo的吸附速率和多层膜的自组装过程，研究了多层膜的表面形貌、电化学特性和光学特性。结果表明，浸泡条件下PAzo约10min即可达到吸附平衡，而超重力条件下转动频率分别为30Hz、40Hz、50Hz对应的吸附平衡时间依次为4min、2min、1min，在超重力条件下能够实现多层膜的快速构筑;浸泡条件下(PDDA/PAzo)5多层膜的平均表面粗糙度约为2.0nm，超重力条件下仅为1.0nm左右，在超重力条件下得到更加平整的多层膜;PAzo溶液的浓度越小，分子链尺寸越大，自组装时能平铺在基底膜上，使得膜的表面粗糙度越小;相对浸泡条件，超重力条件下多层膜的CV曲线峰面积和峰电流都有明显降低，紫外光照下PAzo由反式向顺势转化的平衡时间也由70s延长至120s，增长70％，说明多层膜的致密性更好。 在PEI1800/Por体系中，分别测定了浸泡条件和超重力条件(转动频率为40Hz)下卟啉的吸附速率和解吸附速率，并考察了吸附时长对多层膜的表面形貌和组装过程的影响。结果表明，浸泡条件下Por达到吸附和解吸附平衡时间分别为2.5min和50min，超重力条件下则分别为40s和100s，吸附和解吸附现象更加显著;超重力条件下构筑基元通入时长为30s时可以实现多层膜的自组装，而通入时长为100s时却不能组装，说明基底膜表面电荷特性的转变是实现多层膜自组装的前提条件;由于Por明显的解吸附现象，通过恰当地选取构筑基元溶液的通入时长，可以有效调控多层膜的结构性质。
超重力条件;交替层状自组装;多层膜;表面形貌;解吸附速率;结构性质
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘晓林
2015
中文
O484.1;O641.4
75
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）