搅拌在层层组装中的应用及作用研究

论文摘要

层层组装（layer-by-layer assembly）是组装基元基于分子间弱相互作用在基底表面制备多层膜组装体的过程,近年来已经发展成为一种相对成熟的制备多层膜的方法。由于此技术具有操作简单、快速、成本低廉、成膜物质丰富、成膜不受基底形状和大小的限制、实用性强以及膜结构容易调控等诸多优点而得到了广泛的应用。随着层层组装技术的逐渐成熟,几百纳米到几十微米的较厚层层组装膜受到越来越多的重视。与传统的较薄的层层组装膜相比,较厚的组装膜具有特殊的优越性,更加拓宽了组装膜的应用前景。然而较厚层层组装膜往往需要沉积几百层,而使用传统层层组装方法制备单层膜的时间就要十几到二十分钟,因此十分费时,这在很大程度上限制了较厚沉积膜的研究和应用。针对这个问题,人们提出了一些方法,这些方法都能在不同程度上加快多层膜的制备,但同时也不同程度的失去了传统层层组装膜的优点。本论文将搅拌引入到层层组装过程中,我们将这种方法称为搅拌辅助层层组装（AD LbL）法,此法可将沉积和淋洗的时间缩短至几秒到几十秒,在保留传统方法的优点的同时极大地提高组装效率,具体展开了如下工作：首先以聚苯乙烯磺酸钠（PSS）和聚烯丙基氯化铵（PAH）两种聚电解质为成膜构筑单元,在搅拌的作用下制备层层组装多层膜,用紫外可见分光光度计对制备过程进行跟踪,用X射线小角反射对成膜质量进行表征,用原子力显微镜对成膜表面形貌进行观察。其次比较了在相同沉积和淋洗时间下搅拌辅助层层组装与传统方法制备的多层膜的区别。实验结果表明,搅拌的引入加快了膜的沉积速度,同时在较短的组装时间内大幅提高了成膜质量,因此搅拌辅助层层组装极大的加快了多层膜制备的过程,为实现在较短时间内快速制备较厚的层层组装膜提供了基本方法。最后为了进一步研究搅拌在多层膜制备的各个阶段中的作用,我们在沉积和淋洗过程中分别引入搅拌,对制备得到的四种多层膜进行了比较,并从多层膜的表面形貌、厚度、内部结构等方面进行初步的讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 层层组装技术
• 1.3 较厚膜层层组装技术的研究进展
• 1.3.1 增加单层膜的沉积量
• 1.3.2 缩短单层膜的制备时间
• 1.4 本论文的特色及思路
• 第2章 实验部分
• 2.1 药品、试剂及仪器设备
• 2.2 成膜构筑单元的结构式
• 2.3 基底的修饰
• 2.4 搅拌辅助层层组装膜（AD LbL膜）的制备
• 2.5 搅拌辅助层层组装膜（AD LbL膜）的表征
• 2.5.1 应用紫外可见分光光度计（UV-Vis）进行表征
• 2.5.2 应用原子力显微镜（AFM）进行表征
• 2.5.3 应用X射线小角反射（XRR）进行表征
• 2.6 传统层层组装膜的制备
• 2.7 不同阶段引入搅拌的多层膜制备
• 2.8 对四组实验制备得到的膜进行表征
• 2.8.1 应用紫外可见分光光度计（UV-Vis）进行表征
• 2.8.2 应用原子力显微镜（AFM）进行表征
• 2.8.3 应用X射线小角反射技术（XRR）进行表征
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 搅拌辅助层层组装膜的制备与表征
• 3.1.1 搅拌辅助层层组装法淋洗时间的确定
• 3.1.2 应用紫外可见分光光度计（UV-Vis）对搅拌辅助层层组装膜表征
• 3.1.3 应用原子力显微镜（AFM）对搅拌辅助层层组装膜进行表征
• 3.1.4 应用X-ray小角反射（XRR）对搅拌辅助层层组装膜进行表征
• 3.2 搅拌辅助层层组装法与传统层层组装法的比较
• 3.3 搅拌的作用研究
• 3.3.1 应用UV-Vis对四种方法所成膜进行表征及对比
• 3.3.2 应用AFM对四种方法所成膜进行表征及对比
• 3.3.3 应用X-Ray小角反射对四种膜进行表征及对比
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附件