自组装分子膜的气相制备和性能

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自从自组装分子膜被发现之后,人们便对这种膜产生了浓厚的兴趣。自组装分子膜因具有性能优良、制备简单、设备成本低廉、操作方便、应用领域广阔等优点,越来越受到人们的重视。  本文以1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(简称FDTS)为研究对象,利用气相生长的方法在不同工艺条件下制备了FDTS自组装单分子膜;并对自行设计的HX04MVD-100分子层真空环境综合沉积装置进行了调试;研究了生长在单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅四种基底上FDTS单分子膜在室温水、沸水、1mM/L的盐酸和50mM/L的硫酸钠四种溶液中稳定性;利用接触角对具有不同特征尺寸的微结构进行了表征,研究了微结构特征尺寸对表观接触角的影响,从已有的Wenzel&Cassie模型理论出发,推导出了适合本实验中微结构的理论方程,通过对Wenzel&Cassie模型的分析来描述了微结构排列方式不同时,接触角与特征尺寸的关系,并与实际接触角进行了对比。  在设备的调试过程中发现,并不能利用该设备重复地制备出质量相等的自组装单分子膜来。因此,我们在该设备上通过各种方式生长自组装单分子膜,通过大量实验发现,设备的进气系统和密闭性存在问题。对进气系统提出了进一步改进的方案,提高了其真空度,并对各种管路等采取保温措施,目前新的进气系统正在安装过程中。  研究表明,生长在单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅四种基底表面上的FDTS单分子膜在沸水、室温水、盐酸和硫酸钠溶液中浸泡后,其表观接触角均随时间的增加而减小,其中FDTS单分子膜在沸水中的稳定性最差,在室温水中的稳定性最好,而在盐酸和硫酸钠溶液中的稳定性位于两者之间。在膜的失效过程为一级反应的假设下,得出其失效方程可用cosθ=Aexp(-t/τ)+B来表示,利用该方程可以对实验数据进行很好的拟合,在不同溶液中的FDTS单分子膜,其失效方程中的参数均不相同。  微圆柱的直径、深度、柱间距离及排列方式对微结构的表观接触角有很大影响。在某些特定的情况下会观察到由复合表面向润湿表面转化的情况,微圆柱的深度越深,其临界接触角值所对应的柱间距越大;研究还发现,按三角形排列的微结构发生临界转变(从Cassie模型向Wenzel模型转变)的P值较大;直径越大的微圆柱发生临界转变(从Cassie模型向Wenzel模型转变)的D/P值越大。通过理论Wenzel&Cassie模型与实际接触角的对比发现,实际接触角的变化趋势符合理论模型,但是实际的临界转化点却与理论有所偏移。
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