水溶性含C_(60)聚电解质的制备及其与重氮树脂自组装膜AFMFFM的初步研究

通过BPO引发的溶液聚合 ,合成了水溶性的星状C6 0 苯乙烯 苯乙烯磺酸钠的三元共聚物 [Star shapedC6 0 poly(St SS) ],运用自组装技术 ,在水溶液中 ,含C6 0 的三元共聚物与重氮树脂 (Diazoresin)通过正负离子间的吸附力在云母基片上交替一层一层有序地组装成固体膜 .自组装膜经紫外光幅照反应 ,通过重氮基的分解 ,层间连接的离子键转变成共价键 ,从而增加薄膜的稳定性和堆砌密度 .用原子力显微镜 摩擦力显微镜(AFM FFM)考察了C6 0 在膜中的承载作用及比较不同链结构、不同链长、不同层数自组装膜的表面形貌和微摩擦性能 .初步的研究结果显示了聚合物薄膜的微摩擦性能与聚合物的化学结构、链长和膜的层数有密切关系     

在半金属表面上应力诱导的红荧烯晶态薄膜

报道了在Bi（001）衬底上从第一层开始形成的红荧烯晶体薄膜.随着覆盖度的增加,红荧烯薄膜的结构会发生从自组装到混合相的转变.在混合相中存在着红荧烯的晶体畴和分子自组装形成的畴壁.特别是,我们在这种晶体畴中发现了Kurdjunov-Sachs（KS）转动外延和巨大的压缩应力.随着覆盖度的增加,红荧烯薄膜会按照逐层生长的模式进行,直至第四个分子单层.我们认为,转动外延过程中所产生的巨大压缩应力是导致晶态红荧烯薄膜的形成原因.     

分子沉积膜的纳米摩擦特性

利用原子力显微镜研究了金衬底、沉积单层和多层分子沉积膜的金表面以及非活性端基修饰的沉积单层和多层分子沉积膜金的表面的纳米摩擦特性．结果表明,金表面沉积分子沉积膜以及对分子沉积膜的非活性端基修饰对金衬底均有一定的减摩作用;当针尖与试样表面趋于原子级摩擦时,摩擦的作用主要取决于试样表面分子的端基结构,而与分子的链长、骨架及分子沉积膜的层数等无关;分子沉积膜的活性端基使其纳米摩擦特性不稳定,而非活性端基修饰可以使其纳米摩擦特性稳定,并且可以降低摩擦力;空气的相对湿度对摩擦力有显著的影响,相对湿度越大,摩擦力越小．     

石墨烯的纳米摩擦与磨损性质

采用乙醇溶剂剥离的方法制备石墨烯. 通过对溶剂温度、超声时间、超声功率和溶剂离心速度及时间的控制, 从高定向热解石墨(HOPG)制备得到少层石墨烯. 用原子力显微镜(AFM)研究了云母基底上不同层数石墨烯在真空中的纳米摩擦过程, 发现从约4 个原子单层(4 ML)起, 摩擦系数基本不再变化, 但摩擦力仍随着厚度的增加而显著减小, 7 ML之后, 其摩擦系数基本接近于零. 在磨损实验中, 少层石墨烯表面存在刮坏的现象,且不同厚度的石墨烯的磨损现象明显不同, 其中2 ML石墨烯相比4 ML石墨烯表现出较好的耐磨损性能, 且不具有摩擦方向依赖性. 测试了真空下少层石墨烯和云母表面的粘附力, 发现不同层厚的石墨烯相差不大, 因此认为基底效应并不是磨损性质差异的主要原因. 相对于单层石墨烯, 少层石墨烯在抗磨损涂层等领域有着很大的潜在应用价值.     

CeO2(111)和CeO2(100)的界面调控合成及在Pt(111)上的结构转变

氧化铈基催化材料在催化反应中存在显著的晶面效应,为了在分子尺度上理解其催化化学,需要可控合成具有明确表面结构的氧化铈.因此,我们研究了Pt(111)上氧化铈纳米结构和薄膜的生长.人们通常使用金属-氧化物之间的强相互作用来解释Pt/CeO_x催化剂上的催化过程,然而对于Pt与CeO_x之间的强相互作用仍旧缺乏原子尺度上的了解.我们的结果表明, Pt与氧化铈之间的相互作用可以影响氧化铈的表界面结构,这可能会进而影响Pt/CeO_x催化剂的性质.在Pt(111)上生长的氧化铈薄膜通常暴露CeO_2(111)表面.我们发现Pt(111)表面厚度在三层以内的氧化铈薄膜,其结构是高度动态且随着退火温度升高而变化的,这种动态结构变化可归因于Pt和氧化铈间的界面电子作用.当氧化铈薄膜的厚度增大到三层以上,其负载的氧化铈团簇开始表现出迥异于三层以下氧化铈纳米岛的优异的热稳定性,表明Pt与CeO_x之间的界面电子作用主要影响厚度在三层以内的氧化铈纳米结构.采用常规的反应沉积方法难以获得完全覆盖Pt(111)衬底的规整氧化铈薄膜,而我们通过采取一种两步的动力学限制生长方法,制备出了完全覆盖Pt(111)衬底的氧化铈薄膜.对于Pt(111)上厚度约为3-4层的氧化铈薄膜,在超高真空中于1000 K退火会导致氧化铈薄膜表面形成CeO_2(100)结构.这是因为高温还原促进了c-Ce_2O_3(100)缓冲层的形成,该缓冲层被Pt的界面电子转移以及相匹配的超晶格所稳定,并进一步成为顶层CeO_2(100)结构生长的模板.进一步在900 K的氧气中处理则可将薄膜CeO_2(100)表面完全转变为CeO_2(111)表面.因此, Pt(111)上氧化铈纳米岛和薄膜所展现的结构动态变化是由Pt-CeO_x界面作用与氧化铈层间作用相互竞争所决定.本研究提供了对氧化铈负载Pt催化剂的原子级理解,虽然Pt/CeO_2催化剂活性增强的原因常被简单归结于界面强相互作用,我们的研究在原子尺度上进一步表明Pt/CeO_2在还原条件下易形成界面Ce_2O_3层.此外,本研究提供了不同晶面二氧化铈模型催化剂的构筑方法,可将对氧化铈晶面效应和Pt/CeO_x催化剂的研究推进到分子尺度.     

双异质诱导层对红荧烯薄膜晶体管性能的影响

在二氧化硅衬底上依次真空沉积p-六联苯(p-6P)和酞菁铜(CuPc)构成双异质诱导层,研究了不同衬底温度下双异质诱导层对红荧烯薄膜形貌的影响,以及红荧烯分子在双异质诱导层上的生长过程.分析发现,第二诱导层酞菁铜的局部有序性对红荧烯薄膜的结晶度有直接影响.随着衬底温度的升高,酞菁铜薄膜有序区域面积增大,红荧烯的棒状晶粒也逐渐增大.当酞菁铜和红荧烯的衬底温度均为90℃,红荧烯蒸镀厚度为20 nm时,红荧烯薄膜形成高度有序、内部连接及具有特定方向的棒状晶畴.利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析了红荧烯薄膜的晶体结构,发现经过双异质诱导后的红荧烯薄膜转变为多晶形态.另外,红荧烯薄膜晶体管性能也明显提高,开态电流提高了约3个数量级,迁移率提高了30倍,阈值电压降低了20 V.     

“三明治式”多层Au/Pt复合薄膜的制备及其对甲醇的电氧化

采用界面组装、欠电位沉积和氧化还原置换反应组合方法制备了单层Pt/Au复合薄膜, 并且不需要任何有机偶联剂; 组装单层Pt/Au复合薄膜为三类多层Pt/Au复合薄膜: (Pt/Au)_n、Pt_m/Au和(Pt₃/Au)_k (n、m和k分别为Pt/Au、Pt和Pt₃/Au的层数). 采用电子显微镜研究了Au纳米粒子单层膜和Pt/Au复合多层膜的形貌. 对于所有的多层膜电极而言, 其电化学活性面积随着层数的增加而增加. 通过研究甲醇在每一类Pt/Au复合薄膜上的氧化电流密度, 考察了其对甲醇的电催化和抗毒化性能. 对于同一类复合薄膜而言, 甲醇分别在(Pt/Au)₃、Pt₃/Au和(Pt₃/Au)₂电极上均具有最大的氧化电流密度, 且优于本体Pt电极. 在这三种电极中, (Pt/Au)₃电极无论从电流密度上还是从抗毒化能力上讲, 其性能是最好的, 而且其抗毒化能力也优于商业Pt/C催化剂. 这种良好的催化性能源于Au和Pt之间最大化的协同效应, 这取决于Pt和Au原子比率以及Pt纳米层和Au纳米层之间的排布方式.     

一种噻吩基双偶极半菁与普鲁士蓝的静电自组装薄膜

通过交替沉积普鲁士蓝和一种含噻吩的半菁, 制备了一种新的无机-有机杂化静电自组装膜. 用紫外-可见吸收光谱、循环伏安技术和光电化学实验对薄膜进行了表征或光电性质研究. 376和698 nm处薄膜的吸光度随薄膜层数增加线性增加, 表明薄膜的沉积是均匀和可重复的. 薄膜中的普鲁士蓝具有良好的表面控制而非扩散控制的电化学活性, 膜的层数从1增加至5时, 阳极峰电流随膜层数增加而线性增加. 100 mW·cm^-2的白光照射下, 薄膜产生稳定的阴极光电流, 随层数增加线性增长, 层数增加到4层时, 光电流达到最大值. 饱和甘汞电极为参比电极, -0.4 V 偏压下, 4层薄膜产生的光电流密度高达0.28 μA·cm^-2.     

Ag-PVA和Ag-PVA/TiO2复合超薄膜的制备及性能研究

用3种方法制备了银纳米粒子-聚乙烯醇复合体系,其中用加热还原法所得体系中Ag纳米粒子的尺寸较大(15nm),其表面等离子体共振吸收峰较宽,最大吸收波长位于420nm;用室温硼氢化钠还原法得到的复合体系的吸收峰蓝移至409nm,且峰形较窄,Ag纳米粒子的平均粒径为8.7nm;低温NaBH4还原法所得体系吸收峰进一步蓝移至397nm,此时Ag纳米粒子粒径最小(3.5nm).将室温还原法所得Ag-PVA复合体系旋涂成膜,所得薄膜光滑、透明、均匀性好,该法适用于制备多层薄膜,以调控薄膜的厚度和光谱性质.将Ag-PVA复合体系与钛酸四丁酯(Ti(O_nBu)₄)的乙醇溶液交替旋涂得到Ag-PVA/TiO₂有机/无机复合薄膜.紫外-可见吸收光谱研究表明,随着Ag-PVA层数的增加,薄膜的表面等离子体共振吸收强度呈线性增加,但是TiO₂层数的增加对吸收光谱没有明显影响.Ag-PVA/TiO₂有机/无机复合薄膜将金属纳米粒子、有机高分子与无机半导体材料结合在一起,这种多层纳米结构在光电、催化功能薄膜等方面具有潜在的应用前景.     

DDACLB膜的电学性质研究（I）-电导率

沉积在聚脂基片上的表面软化剂DDAC多分子层,在不同的湿度条件下,其横向导电特性标志该表面活性剂在纤维表面处理过程中驱除静电能力的大小。由原子力显微镜（AFM）图像表明,DDAC的2、4、8多分子层薄膜上的结晶颗粒随层数的增加而增大,因此采用电导率描述其导电性质并借助薄膜电阻加以解释。对复合分子层的电导率的非线性变化除借用了半导体物理学中的渗透理论（PercolationTheory）加以解释外,还建立了线束重叠（Patch-Overlapping）模型以讨论电流渗透中的饱和现象。得出了提高相对湿度对可使流经多分子层的电流强度增加的结论同时又对膜厚、湿度对电流强度的贡献及其相互制约的关系提出了理论解释。     

两种不同取代结构C_(60)-苯乙烯共聚物薄膜微摩擦性能的研究

用自由基聚合法合成星状C6 0 苯乙烯共聚物和用原子转移自由基聚合法 (ATRP)合成单取代C6 0 苯乙烯共聚物 ,利用LB技术考察了它们的成膜性能并制备了多层薄膜 ,运用原子力显微镜 摩擦力显微镜(AFM FFM)初步研究比较这两种不同取代结构C6 0 苯乙烯共聚物薄膜的表面形貌和在极轻载荷下的微摩擦性能 .研究结果显示了星状C6 0 苯乙烯共聚物相对具有较好的润滑性能     

一种含二茂铁的有机分子在超高密度信息存储中的应用研究

通过缩合反应合成了含二茂铁的有机给受体分子1-二茂铁基-2-(4-对硝基苯基)亚胺,利用真空沉积的方法制备了其薄膜,观察了该薄膜形貌,测定了其电学特性。结果发现,该薄膜具有良好的电学双稳态。利用STM成功地在该薄膜上写入了纳米尺度信息点。这一结果表明,该分子可望作为一种具有潜力的超高密度信息存储材料。     

PbTe(111)薄膜的分子束外延生长及其表面结构特性

采用分子束外延(MBE)方法在Ba F_2(111)衬底上直接外延生长了Pb Te薄膜。反射高能电子衍射(RHEED)实时监控的衍射图样揭示了Pb Te在Ba F_2(111)表面由三维生长向二维生长的变化过程。转动对称性的研究结合第一性原理密度泛函理论(DFT)的计算揭示了在富Pb及衬底温度(Tsub)为350°C的生长条件下,得到的Pb Te(111)薄膜具有稳定的(2×1)重构表面。Pb Te(111)-(2×1)表面覆盖Te膜后,通过300°C的退火处理,重构表面可完全复原,这为大气环境下Pb Te薄膜表面结构的保护提供了有效的方法。     

B-藻红蛋白多层复合薄膜的静电组装及其光谱特性

B-藻红蛋白是一种理想的生物光电材料.利用静电组装技术制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)与B-藻红蛋白组装的多层复合薄膜.对薄膜的可见吸收光谱和荧光光谱进行了分析,结果表明:与B-藻红蛋白在溶液中的光谱特征相比,B-藻红蛋白在薄膜上的最大吸收峰由545 nm红移至553 nm,并在573 nm处产生了延迟荧光现象,且薄膜的最大吸光度和光致发射强度均与组装层数呈线性递增关系.随着薄膜组装层数的增加,倒置荧光显微镜能很好地观察到B-藻红蛋白在薄膜上出现明显的聚集体.     

Ar离子束作用下C60薄膜的结构稳定性研究

利用XPS和AES研究了在Ar离子束作用下C60薄膜的分子结构的稳定性．研究发现C60分子与Ar离子束作用后，C1s结合能从284．7eV逐步下降到284．4eV，CKLL俄歇动能从270．0eV增加到271．3eV．并且C60薄膜在与氩离子束作用后，其C60分子结构特征的C1s携上峰及价带峰均消失．表明Ar离子束可以促使C60分子的C＝C双键断裂，离域π键消失，C60分子分解为单质碳．C＝C双键断裂过程与离子束的能量和辐照时间有一定的函数关系．     

具有SiC缓冲层的Si衬底上直接沉积碳原子生长石墨烯

石墨烯是近年发现的一种新型多功能材料.在合适的衬底上制备石墨烯成为目前材料制备的一大挑战.本文利用分子束外延(MBE)设备,在Si 衬底上生长高质量的SiC 缓冲层,然后利用直接沉积C原子的方法生长石墨烯,并通过反射式高能电子衍射(RHEED)、拉曼(Raman)光谱和近边X 射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等实验技术对不同衬底温度(800、900、1000、1100 °C)生长的薄膜进行结构表征.实验结果表明,在以上衬底温度下都能生长出具有乱层堆垛结构的石墨烯薄膜.当衬底温度升高时,碳原子的活性增强,其成键的能力也增大,从而使形成的石墨烯结晶质量提高.衬底温度为1000 °C时结晶质量最好.其原因可能是当衬底温度较低时,碳原子活性太低不足以形成有序的六方C-sp2环.但过高的衬底温度会使SiC 缓冲层的孔洞缺陷增加,衬底的Si 原子有可能获得足够的能量穿过SiC薄膜的孔洞扩散到衬底表面,与沉积的碳原子反应生成无序的SiC,这一方面会减弱石墨烯的生长,另一方面也会使石墨烯的结晶质量变差.     

钛金属表面结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜的制备和结构稳定性

在水热条件下, 通过控制反应温度和氢氧化钠的浓度, 在钛金属表面得到结构可控的多层钛酸盐纳米管薄膜. 根据扫描电子显微镜和高倍透射电子显微镜的观测结果, 认为钛金属表面多层钛酸盐纳米管薄膜的形成经历以下4个阶段: (1) 钛金属的水合和碱性钛酸盐水凝胶的生成; (2) 碱性钛酸盐水凝胶分解并形成层状Na₂Ti₃O₇; (3) 层状Na₂Ti₃O₇的生长; (4) 层状Na₂Ti₃O₇的劈裂和多层卷曲成轴形成纳米管. 研究了薄膜形成后机械处理对薄膜形貌和结构稳定性的影响, 并利用超声的方法实现了多层膜的层分离.     

双-Keggin型四元杂多化合物[Nd(SiMo7W4O39)2]13-多层膜在化学修饰玻碳电极上的组装及电催化

报道双-Keggin型四元杂多化合物K10H3[Nd(SiMo7W4O39)2]XH2O(简称[Nd(SiMo7W4)2]^13-）聚合物的交替组装多层膜在4-氨基苯甲酸修饰玻碳电极上的制备及其电化学特性。各层的循环伏安行为证明膜的均匀增长，峰电流随层数的增加而增加，与溶液中的电化学行为相比，位于多层膜中的杂多化合物的氧化还原特征峰随着多层膜层数的增加，具有一定程度的形变。该电极具有较高的稳定性。并讨论了pH对其氧化还原行为的影响，考察了该多层膜修饰电极对BrO3^-、HNO2和H2O2等的电催化性能。     

锰的硅化物薄膜在Si(111)-7×7表面的固相反应生长

利用超高真空扫描隧道显微镜(STM)对沉积在Si(111)-7×7重构表面上的锰薄膜在300-650℃之间的固相反应进行了研究.锰原子最初在Si(111)衬底上形成锰的纳米团簇的有序阵列,经过300℃退火后,锰纳米团簇的尺寸增大并且纳米团簇阵列由有序变为无序;当退火温度达到400℃左右时,锰纳米团簇与硅衬底发生反应生成富锰的三维岛状物和由MnSi构成的平板状岛;500℃退火后生成物全部转变为MnSi平板状岛;650℃退火后生成物则由MnSi平板状岛全部转变为富硅的不规则的大三维岛,同时被破坏的衬底表面重新结晶形成7×7结构.     

纳米ZnO/聚醋酸乙烯酯复合薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶和浸渍-提拉而后煅烧的方法得到了在可见光作用下具有光催化性能的纳米ZnO/聚醋酸乙烯酯(PVAc)复合薄膜.通过正交设计实验,研究了PVAc的浓度、煅烧温度、煅烧时间、复合薄膜层数和附加ZnO膜层数等工艺因素对光催化性能的影响,并通过SEM,XRD和FT-IR对其进行了分析与表征.在室内普通照明用白炽灯作用下,以甲基橙溶液为催化对象,PVAc含量10%的、在250℃煅烧30min所得到的纳米ZnO/PVAe复合薄膜的光催化性能的实验结果表明,复合薄膜对甲基橙降解率达60%,而使用250℃煅烧30min所得到的纳米ZnO 4层薄膜或PVAc 4层薄膜催化的甲基橙溶液的浓度变化很小.