十六烷基三甲基溴化铵插层氧化石墨结构的分子模拟

利用分子模拟方法研究了十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)分子数对C16TAB/GO插层复合物的结构变化,探讨了C16TAB在GO层间的排列方式,并通过实验数据进行验证。模拟结果表明,优化后GO结构模型的层间距为0.849 nm;C16TAB/GO插层复合物的层间距随着C16TAB分子数的增加呈5个阶梯状逐渐增大,层间距分别为1.56、1.98、2.33、2.76和3.40 nm,插层饱和时C16TAB分子达到28个。实验结果显示,随着C16TAB分子数的增加,C16TAB/GO插层复合物的层间距逐渐增大,插层饱和时为3.40 nm,实验结果与模拟结果能够很好地吻合。C16TAB在GO层间可能的排列方式为1~5层平躺排列或单层平躺、单层倾斜和单层直立,从能量和结构的角度探明了C16TAB在GO层间的最优排列为1~5层平躺排列。     

分子自组装单层膜的表面浸润性研究现状和展望

立足于分子自组装单层膜的制备及结构, 讨论了分子自组装单层膜的头基基团与基底的作用机理、 主链与环境的温度依赖关系, 特别是其端基基团的化学性质及构象对表面浸润行为的影响. 重点讨论了分子自组装单层膜的端甲基基团对表面能的贡献、 极性端基基团与水分子之间的相互作用以及自组装单层膜表面的分子尺寸粗糙度对表面浸润的影响. 最后, 基于理论和实验基础对以上问题提出新的认知与看法, 并对未来该领域发展的机遇与挑战进行了展望.     

双亲性含硫和含氮化合物有序单分子膜对碳钢的缓蚀作用

应用超分子组装技术将含硫儿含氮的双亲性金属缓蚀剂有序单分子膜按设计方式修饰在碳钢表面，探讨了在有主邓的单分子膜内缓蚀剂分子的排列对碳钢在硫酸中腐的抑制作用，深入讨论了缓蚀剂单分子膜对碳钢腐蚀过程的抑制机理，研究发现：在单分子膜中，水合氢离子传递的离子通道强烈地依赖于缓蚀剂分子的排列方式。     

十六烷基三甲基溴化铵插层氧化石墨结构的分子模拟

利用分子模拟方法研究了十六烷基三甲基溴化铵(C₁₆TAB)分子数对C₁₆TAB/GO插层复合物的结构变化,探讨了C₁₆TAB在GO层间的排列方式,并通过实验数据进行验证.模拟结果表明,优化后GO结构模型的层间距为0.849 nm;C₁₆TAB/GO插层复合物的层间距随着C₁₆TAB分子数的增加呈5个阶梯状逐渐增大,层间距分别为1.56、1.98、2.33、2.76和3.40 nm,插层饱和时C₁₆TAB分子达到28个.实验结果显示,随着C₁₆TAB分子数的增加,C₁₆TAB/GO插层复合物的层间距逐渐增大,插层饱和时为3.40 nm,实验结果与模拟结果能够很好地吻合.C₁₆TAB在GO层间可能的排列方式为1~5层平躺排列或单层平躺、单层倾斜和单层直立,从能量和结构的角度探明了C₁₆TAB在GO层间的最优排列为1~5层平躺排列.     

醇类在Si-H表面形成单分子膜的特性

以界面电容分析法为主并结合XPS、AFM技术研究了醇类分子在Si(111)-H表面上形成的有机单分子膜的特性。并探讨了嫁接反应中影响单分子膜特性的某些因素和单分子膜的稳定性及其对硅表面氧化的钝化作用。在所选择的反应条件下，不同链长醇分子修饰的硅表面上，嫁接分子所占体积分数约为80％，平带电位约为-1．00V(vs.SSE)。研究表明，这类膜稳定性和对硅表面氧化的钝化作用非常有限。     

分子动力学模拟3(5)-(9-蒽基)吡唑分子在自组装膜上的选择性沉积

采用平衡分子动力学和拉伸分子动力学模拟方法研究了模板诱导有机发光小分子3(5)-(9-蒽基)吡唑(ANP)在自组装膜上的选择性沉积,并利用伞形取样方法和加权柱状图分析法计算了沉积过程的均力势.模拟中以二氧化硅为底板分别构筑2种不同密度的烷烃链自组装膜模板,即低密度的液体扩展相和高密度的液体压缩相.平衡分子动力学结果显示,ANP分子容易沉积至低密度的液体扩展相中,难以沉积至高密度的液体压缩相中.拉伸分子动力学结果表明,当ANP分子沉积至液体压缩相表面时,在进入烷烃膜时遇到较大阻力,因而不易进入到烷烃链单层膜中;而ANP分子在进入液体扩展相的过程中受到的阻力较小.通过比较这2种不同密度自组装膜与ANP分子之间的结合自由能,发现ANP分子进入液体压缩相的能垒较高,而ANP分子与液体扩展相结合更加稳定,导致有机发光小分子在不同密度的模板上具有选择吸附性.所得模拟结果与实验现象一致,在分子水平上为实验提供了更加丰富的微观信息.     

硅表面有机单分子膜的新表征方法──界面微分电容测量法

提出一种表征硅表面有机单分子膜的新方法界面微分电容测量法.通过对新制备的H-Si(111)表面和一系列烯烃分子修饰的硅表面/电解液界面的微分电容的研究,建立了硅表面有机膜结构和性质与界面电容之间的联系.实践证明这是一个简便、快速和有效的实验技术,为硅表面化学修饰与功能化研究提供了一个非常有力的工具.     

辛基三乙氧基硅烷/十八烷基三氯硅烷均相混合自组装单分子膜的表征及其形成机制

使用接触角、原子力显微镜(AFM)、静电力显微镜(EFM)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱对辛基三乙氧基硅烷(C8TES)/十八烷基三氯硅烷(OTS)均相混合自组装单分子膜(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500 nm×500 nm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.     

有机HTDIOO分子LB膜结构的AFM研究

利用原子力显微镜（AFM）对有机分子HTDIOO单层和多层LB膜结构进行了观察·实验结果表明，针尖与LB膜表面分子间的相互作用力会对成像的膜结构有影响．当悬臂针尖与LB膜表面分子的相互作用力较大时，针尖会扰动HTDIOO分子在单层LB膜中的有序排列．HTDIOO单层LB膜具有有序结构；而在多层LB膜中，HTDIOO分子则聚集在一起形成了一定的畴结构．     

髓鞘碱性蛋白对细胞膜脂质分子DPPC、DPPE单层膜影响机理研究

本文通过Langmuir单层膜的表面压力-平均分子面积(π-A)曲线的测定与分析,分别对髓鞘碱性蛋白(MBP)与细胞膜中不同头部基团脂质分子二棕榈酰基磷脂胆碱(DPPC)和二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺(DPPE)在空气/液体界面上的相互作用过程进行了系统研究.实验结果表明:(1)当界面上脂质含量一定时,亚相中随着MBP浓度的增大,DPPC、DPPE单层膜的等温线向平均分子面积较大的方向移动;(2)在单层膜表面压力为10 mN/m时,一个MBP分子分别结合140±3个DPPC分子和100±3个DPPE分子,随着表面压力增大,当MBP分子分别与两种磷脂分子相互作用时,MBP插入到磷脂单层界面的个数逐渐减少;(3)随着蛋白质浓度的增加,脂分子形成的单层膜变得较为疏松,且MBP分子易于插入到分子头部较小的DPPE单层膜中;(4)蛋白质的存在使DPPC单层膜的表面压力逐渐减小,且蛋白质浓度越大表面压力降低越多,DPPC被MBP带入到亚相中越多;(5)对于DPPE单层膜,蛋白质通过与DPPE相互作用插入到界面膜中,引起表面压力增大,且蛋白质浓度越高,压力变化量越大.     

磷脂酸Langmuir-Blodgett膜分子结构的原子力显微术研究——分子排列有序性,分子间氢键作用,超分子结构以及晶格结构转变

利用原子力显微镜(AFM)研究了二棕榈酰磷脂酸(DPPA)的单层,双层和三层Langmuir-Blodgett膜的分子排列结构,发现相邻的(2～6个)DPPA分子的极性头磷酸基团通过分子间氢键形成局域超分子结构.分子分辨的AFM图象表明,DP-PA LB膜中分子排列具有长程的取向和位置有序.DPPA分子的晶格排列随着LB膜层数的增加由单层和双层的六方晶格转变成三层的正交(四方)晶格.探讨了不同的pH下的DPPA极性头磷酸基团的分子间氢键作用及其对膜分子有序排列以及云母基片对DPPALB膜中分子排列的晶格结构的影响.     

硅表面有机单层膜 :微印章、微加工与微阵列

总结了作者的实验室在将有机物结合到硅表面方面的研究进展.发现并发展了将有机单层膜组装到硅、氧化硅和相关材料表面的新方法.这些方法简单、可重复，并可得到物理、化学性能良好的致密单层膜.这些单层膜在许多方面有令人鼓舞的应用，包括（a）应用于软印刷术，特别是微接触印章法; （b）用作硅的微加工（微机电系统，MEMS）的单层膜润滑剂; （c）用作DNA和蛋白质微阵列功能分子固定的基底.     

辛基三乙氧基硅烷/十八烷基三氯硅烷均相混合自组装单分子膜的表征及其形成机制

使用接触角、原子力显微镜（AFM）、静电力显微镜（EFM）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱对辛基三乙氧基硅烷（C8TES）/十八烷基三氯硅烷（OTS）均相混合自组装单分子膜（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500 nm×500 nm到20 μm×20 μm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.     

正十八烷醇在HOPG上形成自组装膜的吸附特性

研究了正十八烷醇在高定向热解石墨(HOPG)上形成自组装膜的吸附特性, 正十八烷醇在室温下从溶液中吸附至HOPG上形成整齐定向排列的单层自组装膜. 通过扫描隧道显微镜(STM)、接触角测量和X射线光电子能谱(XPS)分析了正十八烷醇单层自组装膜在HOPG上的结构. 实验结果表明, 正十八烷醇自组装膜在基底上成平铺或直立形态, 由于分子在基底上覆盖程度的不同, 会导致它在基底上排列的方式有所不同.     

有机分子修饰硅表面*

硅作为一种重要的半导体材料,在微电子领域发挥着极其重要的作用。有机分子修饰硅表面是近年来硅表面化学领域的一个研究热点,引起了研究者的广泛重视。以共价键嫁接在硅表面的有机单分子层能形成稳定、高质量的杂化连接,将赋予传统的硅材料更多新的功能,具有许多其它表面难以比拟的优点。本文针对有机分子修饰硅表面的方法、单层膜的表征和应用,对近年来的最新研究进展进行了综述,并对该方向的今后的发展进行了展望。     

表面活性剂对硫醇单层膜修饰金电极电化学行为的影响

利用自组装方法在金电极表面制备成硫醇单层膜, 循环伏安和交流阻抗实验表明硫醇单层膜与表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺作用后, 其电化学行为发生变化, 对于带有不同电荷的探针分子, 表现出一定的选择性响应. 即使是带有相同电荷的探针分子, 由于与表面活性剂的作用方式不同, 也使它们通过硫醇单层膜在电极表面产生电化学响应的程度完全不同.     

有机HTDIOO分子LB膜结构的AFM研究

利用原子力显微镜（ＡＦＭ）对有机分子ＨＴＤＩＯＯ单层和多层ＬＢ膜结构进行了观察。实验结果表明，针尖与ＬＢ膜表面分子间的相互作用力会对成像的膜结构有影响。当悬臂针尖与ＬＢ膜表面分子的相互作用力较大时，针尖会扰动ＨＴＤＩＯＯ分子在单层ＬＢ膜中的有序排列。ＨＴＤＩＯＯ单层ＬＢ膜具有有序结构；而在多层ＬＢ膜中，ＨＴＤＩＯＯ分子则聚集在一起形成了一定的畴结构。     

钙离子对表面活性剂单层膜聚集结构的影响

采用分子动力学模拟研究了气液界面上钙离子对阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠单层膜聚集结构的影响.结果表明,单层膜结构与表面覆盖度及Ca2＋离子存在与否均有关系.Ca2＋离子能够压缩表面活性剂极性头使聚集结构排列更加紧密,均力势体现了Ca2＋离子与极性头之间的结合能力强弱,二者之间的相互作用与稳定的溶剂分离极小值有关,而Ca2＋离子需要克服一个溶剂能障才能与之发生相互作用,并引起极性头周围水分子结构的重排.模拟表明,分子动力学方法可以在分子水平上研究无机盐离子对表面活性剂单层膜水化结构的影响,解释无机盐离子在界面膜中的动力学行为.     

蛋白质溶胶-凝胶包埋法分子印迹复合膜的制备及渗透机理研究

分别以牛血红蛋白、牛血清白蛋白和溶菌酶3种蛋白质为模板分子, 采用表面涂布的方法制备了在Nylon微孔滤膜表面覆盖有聚丙烯酰胺凝胶层的分子印迹复合膜, 并用扫描电镜对制备的分子印迹膜的表面形态和孔结构进行了表征, 发现支撑膜的表面及内部微孔表面均被一层丙烯酰胺凝胶所覆盖. 对用不同蛋白为模板制备的分子印迹膜进行了这3种蛋白的单一组分和双组分混合溶液渗透实验. 结果表明, 各蛋白底物在印迹膜上的渗透规律是特异性的识别位点和尺寸效应共同作用的结果. 特异性识别位点会选择性地识别模板分子, 从而使其渗透速度减慢; 尺寸效应主要体现在底物蛋白的体积越小其渗透越快.     

聚(二甲基硅氧烷-co-甲氧基十二烷基硅氧烷)在棉纤维及其模型表面的膜形貌及定向排列方式

用场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)等仪器研究了棉纤维以及再生纤维素表面聚(二甲基硅氧烷-co-甲氧基十二烷基硅氧烷)(DDPS)的膜形貌及其定向排列方式.结果发现,在天然棉纤维以及再生纤维素模型表面,DDPS均能形成宏观上平滑、而微观形态学实则非均一的疏水性硅膜,表明DDPS的定向排列成膜方式为疏水性硅甲基、硅十二烷基朝外伸向空气,硅氧偶极键指向基质界面.