论文摘要
介孔薄膜材料既具有薄膜的二维延展性,连续的宏观形貌等特点,同时又具备介孔材料有序多变的介观结构、可调控均一的优良孔性质,以及丰富的骨架组成,在物质渗透、分离的过滤膜系统,工业催化领域,纳米材料微型化（集成）、器件化等实际应用领域具有巨大的优势,近些年来受到人们的广泛关注。本论文从介孔薄膜的角度出发,通过“镀膜-刻蚀”的方法合成了自支撑介孔碳-氧化硅复合薄膜,并通过改变部分合成步骤又进一步得到了自支撑的介孔氧化硅、介孔碳薄膜。所得到的介孔薄膜材料改进了普通薄膜材料合成受制于基底种类和通透性的影响,对于自支撑薄膜合成来说除了传统的界面生长的方法,提供了一种新的思路和方法。另外又从多级孔道材料的设计方面,合成介孔氧化硅膜和微孔沸石分子筛膜复合薄膜。这些研究将为介孔薄膜材料在微器件、气体传感器、催化等领域的进一步应用提供必要的基础,具有一定的理论和现实意义。论文的第二章,合成了自支撑介孔碳-氧化硅复合薄膜。我们利用溶剂挥发诱导有机-有机自组装的原理,采用酚醛树脂预聚体为碳前驱物、氧化硅寡聚体为硅源,三嵌段共聚物F127为模板剂的三元共组装体系。首先在单晶硅片基底上通过原子层沉积（ADL）的方法在基底沉积一层氧化铝,然后利用旋涂镀膜技术,在预先处理过的单晶硅基底上合成了一系列具有c2m介观结构介孔碳-氧化硅复合薄膜,其中薄膜材料的碳硅比例可以通过调节镀膜溶液中碳源和硅源的比例进行调节。再利用一定浓度的盐酸溶液刻蚀掉介孔薄膜和单晶硅片基底的中间氧化铝层,得到了表面积达到几平方厘米,完整、无裂纹的自支撑介孔碳-氧化硅复合薄膜。同时又对所合成的碳硅复合薄膜物理性质,如机械拉伸强度,导电性以及亲疏水性质进行了研究。论文的第三章,在自支撑介孔碳硅复合薄膜的基础,通过改变部分合成步骤：一,在刻蚀过程用氢氟酸代替盐酸,不仅刻蚀掉中间层同时去除了介孔碳硅复合薄膜中氧化硅骨架,得到较大比表面积的自支撑介孔碳膜。硅在去除过程中,在碳骨架上留下许多缺陷孔,因而极大提高了所得到介孔碳膜材料的比表面和孔体积。二,如果将所得到生长在单晶硅片基底上碳硅复合薄膜,再进一步放入空气气氛下高温焙烧,就可以除去碳组分只留下介孔氧化硅膜,再利用盐酸刻蚀中间层的方法,就得到自支撑的介孔硅膜。通过热重分析,红外光谱检测等方法进一步证实了在碳硅复合薄膜中存在的类似“钢筋-混凝土”的网络骨架。论文的第四章,从多级孔道复合的角度,合成了微孔-介孔复合薄膜,即采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装的方法,利用旋转镀膜技术,在沸石分子筛膜的表面再镀上一层或者多层有序介孔氧化硅膜。这样合成的薄膜材料不仅具有沸石材料的微孔,同时还有具有介孔材料尺寸较大的介孔,使得微观空间可以进行有效的组合,结合两种材料的优势,在需要多级孔道的催化,水处理,电化学等方面具有很大的应用前景。论文第五章对全文进行了总结。
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