自组装模板引导纳米二氧化钛薄膜的研究

论文摘要

本文借鉴仿生学原理,研究了生物大分子（DNA）在基底上的有序组装与固载化,并研究DNA组装膜在低温下引导纳米二氧化钛薄膜壁面沉积的作用;同时还研究了有机硅烷小分子引导下纳米二氧化钛薄膜的沉积生长。在单晶硅或玻璃基底表面制备出与基底结合紧密的纳米尺度的二氧化钛薄膜。首先对APTMS（3-氨丙基-三甲氧基硅烷）在羟基基片上的组装进行了研究,利用X-光电子能谱,接触角测量仪,原子力显微镜等考察了浓度,反应时间对自组装膜层生长的影响,通过圆二色光谱仪对所选择的DNA序列的构象稳定性进行研究,找出最适合的制备条件。另外,还研究了磷酸化的有机硅烷小分子在基片上的自组装膜形成条件。在上述经生物大分子固载化的基片和有机硅烷小分子磷酸化的两种基片上,成功制备了二氧化钛薄膜。利用X-光电子能谱,X-射线衍射仪,拉曼光谱,原子力显微镜等方法对沉积生成的二氧化钛薄膜进行了研究,证明了DNA序列在低温（<50℃）下对二氧化钛的成核和生长具有明显的诱导作用,而磷酸化的功能基片在80℃下能有效引导二氧化钛薄膜的形成。本文所研制的二氧化钛薄膜具有良好的可见光透过率,有望用于太阳能电池透明导电薄膜和自清洁表面等功能器件的制备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 生物矿化与仿生合成
• 1.1.1 生物矿化的概念与机理
• 1.1.2 DNA 在仿生材料组装中的应用
• 1.1.3 DNA 结构的多样性
• 1.2 自组装单层膜纳米技术
• 1.2.1 自组装单层膜的形成机理
• 1.2.2 SAMs 与溶液之间的表—界面作用
• 1.3 纳米薄膜材料的概述
• 1.3.1 纳米薄膜材料的分类和制备方法
• 1.3.2 自组装液相沉积技术
• 1.3.3 二氧化钛薄膜的制备与应用
• 1.3.4 SAMs 膜引导二氧化钛的研究
• 1.4 论文工作的提出
• 第二章 实验步骤及方法
• 2.1 实验器材
• 2.1.1 实验基片
• 2.1.2 实验药品和试剂
• 2.1.3 实验设备和表征设备
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 基片的预处理
• 2.2.2 SAMs 的组装
• 2.2.3 戊二醛的修饰
• 2.2.4 DNA 的固定化
• 2薄膜的沉积'>2.2.5 TiO₂薄膜的沉积
• 4为前驱反应物'>2.2.5.1 TiCl₄为前驱反应物
• 4为前驱反应物'>2.2.5.2 Ti（OBu）₄为前驱反应物
• 2.3 样品的表征
• 2.3.1 样品表面接触角的表征
• 2.3.2 样品表面形貌的原子力显微镜（AFM）表征
• 2.3.3 样品表面元素组成的X-射线光电子能谱表征
• 2.3.4 样品结构及晶相的X-射线衍射表征
• 2.3.5 DNA 样品构象的圆二色光谱（CD）表征
• 2.3.6 DNA 样品热变性的圆二色光谱实验
• 2.3.7 沉积膜的可见光透过性UV-vis 实验
• 2.3.8 沉积膜表面Raman 光谱的测定
• 第三章 硅烷在基底表面的自组装及DNA 的固载化
• 3.1 硅烷分子在基底表面的自组装
• 3.1.1 自组装APTMS 膜层的形成及组成分析
• 3.1.2 表面接触角分析
• 3.1.3 表面自组装膜层的形貌分析
• 3.2 DNA 在基底表面固载化的研究
• 3.2.1 DNA 序列构象以及Tm 值的研究
• 3.2.2 DNA 固定化的基底组成分析
• 3.2.3 DNA 固载化后基底表面形貌的研究
• 3.4 本章小结
• 2在DNA 固载化基底上的沉积'>第四章 TiO₂在DNA 固载化基底上的沉积
• 4.1 前驱体溶液的选择
• 4.1.1 钛酸丁酯作为前驱体
• 4.1.1.1 二氧化钛组装体表面形貌分析
• 4.1.1.2 二氧化钛组装体表面元素组成分析
• 4.1.2 四氯化钛作为前驱体
• 2O₂体系下溶液性质的考察'>4.1.2.1 H₂O₂体系下溶液性质的考察
• 2O₂体系下的沉积膜的表面形貌表征'>4.1.2.2 H₂O₂体系下的沉积膜的表面形貌表征
• 2O₂体系下溶液性质的考察'>4.1.2.3 无H₂O₂体系下溶液性质的考察
• 4.2 表面沉积膜的化学组成、结构和生长特性
• 4.2.1 表面沉积膜的表面形貌
• 4.2.2 表面沉积膜的晶型结构分析
• 4.3 沉积二氧化钛薄膜的透光率分析
• 4.4 本章小结
• 2在磷酸基功能化基底表面的液相沉积'>第五章 TiO₂在磷酸基功能化基底表面的液相沉积
• 5.1 基底表面磷酸基功能化后组成及形貌分析
• 5.1.1 功能化基底表面接触角的分析
• 5.1.2 功能化基底表面元素组成的
• 5.2 二氧化钛在功能化基底表面沉积的形貌及组成分析
• 5.2.1 前驱体溶液的选择
• 5.2.2 纳米颗粒Zeta 电位的测定
• 5.2.3 前驱体溶液析晶情况的考察
• 5.2.4 沉积薄膜表面形貌和成分分析
• 5.3 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢