自组装单分子膜的超双疏特性及其光照响应性应用研究

摘要

有机自组装单分子膜（SAMs）的润湿性和光响应性研究，对于微流道制备和微流体驱动技术的实现，具有关键性的作用。本文重点研究了：(1)基于SAMs制备超双疏性能表面；(2)利用自组装单分子膜的光响应性，制备梯度表面能表面，并进行微液驱动实验；(3)在自组装单分子膜图案上实现了ZnO晶体的生长选择性。研究发现：
　　 (1)具有粗糙结构的SAMs表面均具有超疏水特性，与水接触角均大于150°,而且表面的接触角滞后性很小，滚动角小于2°。
　　 (2)在超疏油特性方面，发现含氟的FAS-SAM表面具有较好的疏油效果，棒状结构的粗糙表面对十六烷和二甘醇接触角分别为112°和146°，达到了疏油效果；球形表面对这两种油的接触角分别为150°和162°，实现了超疏油性能。
　　 (3)随着光照时间的增加，FAS-SAMs表面的O(1D)浓度上升，SAM刻蚀程度加强，导致接触角逐渐减小，表面能逐渐增大。利用这种时间的渐变过程，通过设计光照设备，制备了具有梯度变化表面能的SAM薄膜。
　　 (4)表面张力驱动实验发现，液滴的体积越大，其速度越大。当水滴体积增大到14μl时，移动速度最快，为3.5mm/s。表面能梯度密度越大，运动速度越快。梯度密度变化与速度变化之比为1∶1。
　　 (5)利用ODS-SAM气相沉积，结合SAMs的光刻蚀技术，制得了图案化的表面。通过掌握形核速度成功的氧化锌晶体的沉积位置，得到了具有孔形和点状的氧化锌晶体图案。
　　 自组装单分子膜在微纳器件的研制中有着广泛的应用前景。本文基于SAMs的VUV光响应性能研究SAMs表面的表面张力可控变化，并应用到梯度表面能表面的制备，以及纳米材料的选择性生长方面，对微纳器件的研究有很强的实践意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本论文研究背景及意义

1.2 自组装单分子膜的研究

1.3 固体表面的润湿性理论

1.3.1 平滑表面润湿性理论

1.3.2 粗糙表面润湿性理论

1.3.3 水滴动态行为研究

1.4 超疏水表面制备

1.5 超双疏表面研究的现状

1.6 微图案化技术的进展

1.7 梯度表面能表面的制备与微流体驱动控制技术研究

1.8 本文主要内容及目标

第2章 实验原理及设备

2.1 自组装单分子薄膜的气相沉积制备原理及方法

2.2 液相法制备ZnO微纳结构的原理及方法

2.3 扫描电子显微镜

2.4 接触角的测量及设备

2.5 VUV光照系统及机理

2.5.1 VUV光降解机理

2.5.2 VUV光照设备

第3章 SAMs表面疏水性能的研究

3.1 平滑SAMs表面疏水性能的表、征

3.2 粗糙SAMs表面的制备及浸润性研究

3.2.1 高黏滞表面的浸润性能

3.2.2 SAMs粗糙结构表面的超疏水性

3.3 本章小结

第4章 基于SAMs超疏油表面的制备

4.1 平滑表面SAMs膜的疏油性能

4.2 疏油性表面的制备

4.3 超疏油表面的制备

4.3.1 表面成分对疏油性能的影响

4.3.2 球形阶层结构的影响因素

4.4 本章小结

第5章 基于FAS-SAM的梯度表面能表面制备

5.1 理想平滑表面FAS-SAM的光响应性研究

5.2 Si基FAS-SAM表面的梯度表面能制备及研究

5.2.1 梯度表面能表面的制备

5.2.2 水滴体积对运动速度的影响

5.2.3 表面能梯度变化速度对水滴运动速度的影响

5.3 FAS-SAM粗糙薄膜梯度表面能表面的制备

5.4 本章小结

第6章 基于SAMs图案化制备ZnO阵列

6.1 SAMs图案化的研究

6.1.1 ODS-SAM的气相法制备

6.1.2 SAMs表面的VUV图案化

6.2 ZnO的选择性的生长

6.2.1 基于表面基团不同的选择性

6.2.2 添加剂对选择性的作用

6.3 本章小结

全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢