室温下C混合Langmuir-Blodgett膜的制备及荧光特性研究

摘要

自从1985年发现C<,60>分子以来，C<,60>就以其完美的对称结构，独特的物理化学性质及广阔的应用前景而倍受瞩目。1990年，Kratschmer和Huffman制备了纯度较高的宏观数量的C<,60>。从此，人们对富勒烯的研究进入了一个崭新的阶段，对以C<,60>为代表的富勒烯的研究在全世界范围蓬勃展开。 在C<,60>的众多性质中，它的光致发光特性显得非常重要。C<,60>的荧光在光、电、材料科学和生物医学方面都有潜在的应用价值。因此研究C<,60>的荧光发光性能有重要意义。尤其是室温下C<,60>荧光性能及器件的研究更为重要。已有许多研究者研究了C<,60>分子和固体的光学性质。人们已经对C<,60>的稀溶液，膜，晶体粉末和单晶进行了荧光测量。其中，对C<,60>膜的荧光研究更具现实意义。人们用各种方法如：粉末升华，外延生长，滴加等在各种基底上制备C<,60>膜并进行荧光测量[5-10]。很多研究者发现C<,60>膜的荧光受温度影响非常大，并且只有在低温下(≤10 K)才能观察到丰富的荧光。 Langmuir-Blodgett(LB)技术是形成分子厚度的有序超薄膜的最有力的工具之一。因此用LB技术构筑C<,60>的空间有序结构并测量其荧光就很有吸引力。通常，用来制备LB膜的分子应该具有两亲性。而C<,60>不是典型的两亲分子，单独成膜时C<,60>分子会在膜表面发生聚集，所以制备均一的C<,60> LB膜非常困难。也正是因为这样，研究C<,60> LB膜的人很少。研究C<,60> LB膜荧光的就更少。 本论文主要研究了沉积在不同基底上的C<,60> LB膜和C<,60>/SA混合LB膜的制备并测量了它们的荧光光谱。所有实验都在室温下完成。 首先，我们制备了质量很好的C<,60>LB膜。然后为了制得分散性更好更有序的C<,60> LB膜我们选取了SA和AA两种长链脂肪酸分子与C<,60>掺杂制备了C<,60> LB混合膜，并对这两种掺杂的优缺点进行了比较。然后用π-A曲线、AFM的实验手段对制成的两种不同掺杂方式的混合膜的性质进行了研究。结果发现掺杂SA制备的C<,60> LB混合膜更为均匀、排列更为有序，而掺杂AA制备的C<,60> LB混合膜则较薄。 接着我们对制得LB膜的表面形貌和激光荧光光谱进行了检测。激发波长为514.5nm。AFM观察显示我们制备的LB膜较为均一有序，C<,60>在硅基底上形成了一种链状有序结构。另外我们在室温下得到了C<,60>较强的两个以731nm，806nm为中心的荧光峰(相当于其它成膜方式100K下观察荧光的效果)。我们把荧光的增强归因于LB膜的链状有序结构。731nln处的荧光峰与C60的聚集状态有关，806nm处的荧光峰是C<,60>的荧光本质属性有关。我们的实验结果显示结构是除温度以外对荧光的影响很强的物理量。 最后我们在对C<,60> LB膜成膜过程的众多变量进行研究时，经过很长时间发现了一个有趣的现象。即C<,60>分子在三维空间的自组装。经过长时间超声，C<,60>形成了横截面为正十边形的棱柱。具体原因尚待考证。我们现在能得到的结论是超声时间这一变量对C<,60> LB膜的表面形貌可以产生重大的影响。 我们得到的结果不仅为系统的研究C<,60> LB膜的制备及荧光开辟了一种新的方法，而且提供了一种在室温下应用C<,60>荧光特性的新的可能。

目录

文摘

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绪论

综述部分：第一章富勒烯分子

1.1 C60分子的结构

1.2 C60分子的各种光谱以及电子能级结构

1.3 C60的溶解性

1.4富勒烯的应用

综述部分：第二章LANGMUIR-BLODGETT膜的原理及制备

2.1单分子膜及LANGMUIR-BLODGETT(LB)膜的发展历程

2.2 LB膜的制备

2.2.1制备LB膜的装置

2.2.2铺展溶液的制备和单分子膜的铺展

2.2.3 LB膜的成膜过程

2.2.4 LB膜的沉积方式

2.2.5 LB膜的类型

2.2.6影响材料成膜性的一些因素

2.2.7 LB膜的特点及应用

2.3表面压与表面压-面积(π-A)等温线

2.4混合单分子膜

2.5 LB膜的表征

综述部分：第三章荧光光谱的基本理论

3.1荧光基本概念

3.1.1荧光的产生

3.1.2荧光与结构的关系

3.1.3荧光光谱的研究方法及其特征

3.1.4激光荧光

3.2环境因素对荧光光谱和荧光强度的影响

3.2.1溶剂的影响

3.2.2温度的影响

3.2.3 PH值的影响

3.2.4氢键的影响

3.2.5其它影响因素

3.3 C60的荧光光谱

3.4低温C60薄膜的荧光

3.5小结

实验部分：第一章C60 L膜及C60/SA混合LB膜的制备

1.1引言

1.2实验部分

1.2.1实验材料及仪器

1.2.2 C60 L膜和C60/SA混合LB膜的制备

1.3结果与讨论

1.3.1 C60 L膜的π-A等温线

1.3.2 C60/SA混合LB膜的紫外可见吸收光谱

1.3.3镀银ITO玻璃上C60 LB膜表面形貌

1.4结论

实验部分：第二章不同掺杂方式C60混合LB膜性质比较

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验材料及仪器

2.2.2 C60/SA混合LB膜的制备

2.3结果与讨论

2.3.1成膜过程分——π-A等温线

2.3.2表面形貌观——AFM

2.4结论

实验部分：第三章室温下C60/SA混合LB膜荧光光谱研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验材料及仪器

3.2.2 C60/SA混合LB膜的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 π-A等温线

3.3.2 TEM和AFM观察

3.3.3荧光观测

3.4结论

实验部分：第四章成膜液超声时间对C60/SA混合LB膜性质的影响

4.1引言

4.2实验

4.2.1实验材料及仪器

4.2.2实验步骤

4.3结果与讨论

4.3.1 TEM观察成膜液

4.3.2 SEM观察单层C60/SA混合LB膜

4.4结论

参考文献

附录：硕士期间发表论文情况

致谢