利用Langmuir技术构筑的光抗蚀剂聚合物纳米薄膜的表面微观结构及在光刻蚀方面的应用（I）：气液界面上聚合物单分子膜表面行为的研究

合成了含有缩酮保护基团的共聚物聚N-十二烷基丙烯酰胺／1．4-二噁螺环[4,4]壬烷-2-亚甲基甲基丙烯酸酯pDDMA／DNMMA,并用Langmuir技术构建了单层和多层纳米超薄膜,用表面压（π）和静态弹性模量（Es）随平均重复单元面积（A）的变化研究了聚合物在气／液界面上的表面行为。研究结果表明,共聚物pDDMA／DNMMA能在水面上紧密排列,形成稳定的分子取向规整的Langmuir分子膜,其单层膜的厚度为1．6nm;分子的主链平躺在水面上,分子的侧链基团以与水面呈62°夹角向上伸展。与π-A曲线相比,Es—A曲线能更清楚直观地反映单分子层在挤压过程中微观结构的变化。Es-π曲线的研究为优化拉膜工艺条件提供了可靠依据。排列紧密的单分子膜在-定的表面压下,可单层、多层均匀的转移到固体基板上,形成规整有序层状结构的LB膜。     

利用Langmuir技术构筑的光抗蚀剂聚合物纳米薄膜的表面微观结构及在光刻蚀方面的应用（Ⅱ）：用深紫外诱导的含缩酮共聚物的光刻和光化学反应

用AFM、UVvis、FTrIR、GPC和石英晶体微天平（QCM）对以十二烷基甲基丙烯酰胺（DDMA）为成膜物质,以1,4-二嗯螺环[4,4]壬烷-2-亚甲基甲基丙烯酸酯（DNMMA）为光敏感物质的共聚物（pDDMA—DNMMA）LB膜的光刻过程及光分解机理进行了初步探讨。实验结果表明,在深紫外光源照射下,聚合物分子的主链和侧链发生分解反应,生成能挥发、易溶解的链碎片,用碱溶液显影后,可得到分辨率为0．75μm（所用掩膜所能达到的最大分辨率）的抗蚀剂LB膜正型图形。以这种共聚物LB膜图形为抗蚀层,经湿法腐蚀、除去抗蚀层等工序,可将抗蚀剂图形较好地转移到金薄膜上,得到具有相同分辨率的金属金的转移图形。     

自组装二维银纳米粒子的复合Langumir-Blodgett膜的结构及表面增强拉曼散射研究

利用Langumir-Blodgett(LB)技术制备了单层的LB膜，通过自组装的方法将银颗粒组装到LB膜上，形成了成膜分子-银纳米粒子二维结构的复合LB膜。AFM和π—A曲线表明调节成膜分子的比例，银离子可以亚单层形式排列于基底表面。拉曼光谱研究表明，该基底显示出了良好的表面增强拉曼散射效应。     

5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉Langmuir-Blodgett膜的性质研究

研究了具有双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气-液界面上的成膜性能,制备了不同层数的TSPP LB膜.利用UV-vis分光光度计,小角x射线衍射,原子力显微镜等方法,研究了膜的表面形貌及卟啉分子在膜中的排列取向及相互作用.实验结果表明:双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气液界面上具有良好的成膜性能,制备的单层和多层LB膜性能稳定并具有良好的纵向均匀性和结构周期性.在旋转涂得的薄膜上,TSPP分子以聚集体的形式分散分布,未聚集的TSPP分子形成的薄膜,表面分布着大量针孔状的缺陷;LB膜表面平整均匀,TSPP分子的环平面紧密地排列在一起以羧基为支撑点垂直“站立”在基片平面上,分子侧链与基片平面成52.3°角排列.     

一种新的富勒烯联茚衍生物LB膜的制备及其光谱特性

利用π-A等温曲线和线性吸收变的方法研究了一种新的富勒烯联茚衍生物的LB膜的制备，实验表明这种富勒烯衍生物在浓度较低时能够在水面上形成稳定的单分子膜，使用LB膜技术可以将水面上富勒烯衍生物与花生酸混合物的单分子很好地转移到固体基板上，形成多层膜直到50层。     

Gemini表面活性剂18-3-18与磷脂DPPC在气液界面的混合性质

Gemini表面活性剂作为基因转染的非病毒载体受到国内外学者的广泛关注,其传递过程与细胞膜密切相关。通过Langmuir膜天平测得Gemini表面活性剂18-3-18与磷脂类表面活性剂DPPC混合膜的表面压力与平均分子面积（π-A）等温线,定量分析了平均分子面积（A_m）、混合单分子膜的过剩面积(A_ex)、过剩吉布斯自由能(△G_ex)、混合表面自由能(△G_mix)及相互作用参数等,确定了单层膜的混合性质,并在此基础上研究了18-3-18与DPPC相互作用。还用AFM观察了相应LB膜的表面形貌。结果表明,18-3-18与DPPC的物质的量之比及膜压对单层膜的稳定性、热力学特性及它们之间的相互作用有显著影响。特别地,当X_DPPC为0.20和O.67时,18-3-18与DPPC混合膜的△G_ex和△G_mix出现了两个极值点,这表明在0.20～0.67之间混合膜会出现相分离,这与AFM结果是一致的。     

双头基多氟烷基两亲杯[4]芳烃的Langmuir-Blodgett膜

合成了双头基多氟烷基两亲杯[4]芳烃化合物1和2,利用表面压一面积(π-A)等温线、压缩/扩张循环等温线与膜稳曲线研究了他们在空气/水相界面的成膜性能,并用紫外光谱和原子力显微镜对组装的LB膜进行了结构表征。结果表明:化合物1和2在空气/水相表面均能很好的形成稳定的Langmuir膜,取代基碳原子数的增加使得化合物2的Langmuir膜单分子面积增加,崩溃压相应减少,组装的LB膜均为H-聚集体,结构均匀,稳定性好。     

纯水亚相二十二酸单分子膜循环曲线研究

利用近来提出的Vollardt方程和二维聚集的准化学平衡模型,研究了不同表面压下的二十二酸(简称BA)单分子膜循环等温(π-A)曲线,其理论计算结果与实验曲线相一致,随着循环曲线中选取表面压的增加,分子膜聚集过程中形成的聚集体单个分子面积(ω(n))减少,而聚集度(ε值)相应增加;另外考察了二十二酸单分子膜热力学性质和聚集作用,其热力学计算表明压缩和扩张曲线中聚集自由能(ΔG0)有较大改变;且从低表面压(9 mN/m)到高表面压(18 mN/m)聚集自由能(ΔG0)的改变量比高表面压(26 mN/m与35 mN/m)时要大.结果显示,压缩和扩张曲线在液相区出现明显的不重合,不重合区域的大小反映分子膜聚集程度的大小.     

改性聚合物表面的润湿与液膜特性

现行商用塑料规整填料表面润湿性差,改性前后聚丙烯(PP)表面液膜流动特性均缺乏系统研究.利用聚合物表面改性和表面粗糙方法,大幅改善了PP表面对水的润湿性,成膜率从约40%提高到约95%.PP改性前,液膜在两边缘厚度增加明显,与中间平均膜厚相比,最大增厚可达460%;改性后液膜在表面基本铺展,整个宽度上液膜厚度分布均匀....     

含有聚丙烯酸钠链段聚醚砜膜表面的构筑及其血液相容性

采用RAFT聚合合成一种两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸钠-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚丙烯酸钠(PAAS-b-PMMA-b-PAAS);以合成的共聚物为改性剂进一步和聚醚砜(PES)共混,采用液-液相转化技术制备改性PES膜材料;将膜材料在稀的NaOH溶液中置换可以在表面形成聚丙烯酸钠(PAAS)链段刷,而聚甲基丙烯酸甲酯链段则嵌入PES基体当中.采用红外光谱和扫描电镜对共聚物和共混膜进行表征;采用测定部分凝血酶的凝血时间(APTT)进行抗凝实验.结果表明:当共聚物混入质量分数为3%时,改性PES膜具有完善的孔结构和良好的血液相容性;APTT时间从纯PES的46s提高到81s.     

气液界面阳离子型Gemini表面活性剂-硬脂酸混合单分子膜性质

研究了阳离子型Gemini表面活性剂([C18H37(CH3)2N —(CH2)3—N (CH3)2C18H37],2Br-,简写为18-3-18,2Br-1)和硬脂酸(SA)混合单分子膜在气液界面上的性质;测定了这一混合体系的表面压-平均分子面积(-πA)等温线;计算了混合单分子膜的压缩比(κ)以及过剩面积(Aex)与混合单分子膜的组成(硬脂酸的摩尔分数,xSA)的关系;给出了过剩面积和理想混合面积之比与混合单分子膜组成的关系;并用原子力显微镜(AFM)观察了单分子膜在不同组分下的形貌。结果显示:表面压起始增加值所对应的平均分子面积随xSA增加而降低,并且混合单分子膜由液态扩张膜向凝固态膜转变,混合单分子膜出现严重的负偏离现象。由混合单分子膜的可混合性和非理想性可看出,18-3-18,2Br-1与SA在气液界面上存在较强的相互作用,它们之间容易混合。AFM图像还说明18-3-18,2Br-1分子难以成膜,SA分子易于成膜,在18-3-18,2Br-1中加入SA可以增加18-3-18,2Br-1成膜的可能性。     

噻吩羧酸在金表面的自组装膜及其电化学性质

研究了具有平面环状共轭体系的硫杂环化合物噻吩羧酸在金表面的自组装单分子膜及其修饰金电极的电化学行为．以Fe(CN)6^4-/3-为“探针”离子，用循环伏安法对自组装膜的形成、电极界面电容及其组装机理进行了研究．结果是噻吩羧酸在Au上的覆盖度约为95％，金电极的界面微分充电电容由修饰前的0．294μF／cm^2下降到0．167μF／cm^2，由此可见噻吩羧酸在金表面形成了致密的单分子膜．     

新型金乙炔咔唑基配合物-钼磷酸纳米杂化LB膜的制备与光电性质

以刚棒状金乙炔咔唑基配合物(OMA)作有机组分,Keggin结构多金属氧酸盐钼磷酸H3PMo12O40作无机组分,用LB技术制备新型有机-无机纳米杂化LB膜.用-πA曲线、UV-Vis吸收光谱、荧光光谱(FS)、原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)进行表征,结果表明:标题LB膜具有交替排列的纳米层状结构,OMA/H3PMo12O40单层膜呈现半导体特性,当监控电压在-3~+3 V时,其隧道电流I值为±100 nA.     

胆固醇酰胺衍生物Langmuir复合膜自组装与纳米结构研究

胆固醇作为一种有机小分子结构单元,广泛应用于两亲分子自组装领域。本研究主要利用了两种胆固醇酰胺衍生物(CH-1、CH-2)分子,以纯水为亚相通过气液界面组装成功制备了Langmuir膜,由表面压力-分子面积等温线表征界面铺展行为,采用原子力显微镜(AFM)对单层Langmuir膜的形貌进行了表征,进一步通过紫外光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)研究CH-1及CH-2分子制备的多层Langmuir膜界面光谱表征及界面组装过程。实验结果表明,CH-1、CH-2分子在纯水亚相表面形成稳定的Langmuir膜,同时由于CH-2分子在CH-1分子的基础上发生取代效应,从而使两种分子产生不同的组装行为。因此,本研究工作为胆固醇衍生物界面自组装及其纳米结构的相关研究提供了新的思路。     

硅烷自组装单分子层生长条件的优化

对长碳链硅烷在玻璃片表面自组装形成单分子层膜进行研究。以甲苯为溶剂,使辛烷基三乙氧基硅烷(OTES)、十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)、3-胺丙基三乙氧基硅烷(APTES)和十八烷基三氯硅烷(OTS)在玻璃表面进行生长,考察反应时间、反应浓度和可水解基团对自组装单分子层膜的影响。用接触角仪和全反射红外光谱仪(FT-IR)对单分子膜进行表征。结果表明:带有—Cl水解基团的OTS最易生长,而带有乙氧基离去基团的OTES比带有甲氧基的DTMS容易反应。在24℃时,1 mmol/L OTES反应20 min自组装单分子层膜生长很好,并且表面比较规整均一。     

制备条件对梯形聚硅氧烷取向层光取向行为的影响

选用侧链含有双元光敏基团的梯形聚硅氧烷材料作为光取向材料,采用偏光显微镜(POM)及晶体旋转法,研究了梯形聚硅氧烷光取向层的制备条件,包括取向剂浓度、紫外光辐照度及光照时间对光取向层的取向行为的影响.结果表明,取向剂浓度越大,光敏基团更易于组装成垂直取向状态,进而诱导液晶分子形成垂直取向的分子排列方式.在一定的紫外光辐照度范围内可以有效地引起偶氮苯光敏基团的面内、面外异构化及再取向,有利于取向层诱导液晶分子形成平面取向的分子排列方式.紫外光光照时间的增加有利于取向层诱导液晶分子形成平面取向的分子排列方式.     

聚合物微球粒子的自组装制备

采用溶剂置换自组装方法使用聚苯乙烯和聚苯乙烯-嵌段-异戊二烯制备了两种表面结构不同的聚合物微球粒子.SEM和TEM结果表明,采用聚苯乙烯为原料得到了表面光滑的微球,采用嵌段共聚物得到了表面具有波纹结构的微球,表明这种自组装过程是一种高度有秩序的单层分子排列过程.     

羟基取代双烷烃链苯磺酸盐水气界面单层膜的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法考察2-羟基-3,5-烷基苯磺酸钠表面活性剂分子在水气界面形成单层膜的过程,通过体系各组分的密度分布分析单层膜的形态,采用径向分布函数和氢键分布考察含有羟基的极性基在界面处的吸附构型,并根据转动时间相关函数对双疏水链的吸附构型进行分析。结果表明:羟基的存在减弱了极性基之间的静电排斥作用,增加了分子的饱和吸附量;两条烷烃链具有不同的界面吸附构型,烷烃链间的叠加缠绕增强了溶剂对表面活性剂分子的疏水力作用。     

双组分单分子膜行为特征的研究

以DPPC／DPPG、DPPC／DOPG、DPPC／DMPA三组二元混合物为对象,制备了相应的单分子膜;并测定其表面压-分子平均面积(π—A)曲线,运用表面热力学原理对其进行分析,建立了过量自由能与表面压、组成等参数之间的函数关系式。实验数据及计算结果表明,该关系式能定量描述双组分单分子膜在舒张-压缩循环过程中的“挤出”现象。     

高半胱氨酸SAM膜电极的制备及其电化学行为研究

研究了高半胱氨酸在金电极上形成单分子自组装膜的条件，并利用循环伏安法，交流阻抗谱研究了[Fe(CN)6]^3-/4-在高半胱氨酸SAM膜电极上于不同pH值溶液中的电化学行为。循环伏安结果表明，在pH大于高半胱氨酸等电点的溶液中，[Fe(CN)6]^3-/4-在膜电极上的循环伏安曲线峰电流明显降低，峰分离差增大，说明随pH值的增加，[Fe(CN)6]^3-/4-离子对在SAM膜电极上的可逆性变差；交流阻抗图谱显示，由于SAM膜电极表面带负电荷时，[Fe(CN)6]^3-/4-难以靠近电极表面，使其与电极表面的电子交换反应变得困难，在SAM膜电极上的电化学反应电阻Rct明显增加，并且随电解质溶液的pH增加而增加。