紫外光诱导玻璃表面功能化技术的研究

摘要

本论文报道了通过光化学方法对玻璃等材料进行表面处理的新工艺。(1)在254 nm紫外光照下，以N，N-二甲基甲酰胺(DMF)作光敏剂，在室温下快速地将带有各种功能基团的硅烷偶联剂分子键合到玻璃表面上，实现对玻璃表面的功能化改性;(2)用过硫酸铵(APS)水溶液作光敏剂，通过光化学反应在室温下快速的将玻璃表面的硅烷偶联剂分子层刻蚀掉。透过光掩膜对硅烷偶联剂分子层进行选择性光刻蚀，成功在玻璃表面制备了高精度的微米图案。用十七氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）作疏水改性试剂，对玻璃表面进行疏水改性并制备了图案化疏水的玻璃表面，并在此基础上研究了水蒸气在图案化疏水表面的凝结现象。用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作氨基功能化改性剂，对玻璃表面进行图案化氨基改性，并将荧光标记的糖蛋白图案化固定到了玻璃表面上，制备了高精度的蛋白质芯片。这一新工艺不仅具有化学反应上的新颖性，它也是目前最简单有效的表面处理工艺，并且可以用来对其它表面含有羟基的材料进行表面改性。
　　 除此之外，本论文探索了通过光化学方法低温制备晶态二氧化钛薄膜的新工艺。(1)以去离子水为溶剂，四氯化钛为钛源，硝酸为pH调节剂，双氧水为配位剂配置钛的红色透明溶胶。通过调整红色透明溶胶的配比，在254 nm紫外光照下红色透明溶胶低温分解制备了纯锐钛矿晶型的二氧化钛粉末;(2)以优化配比后的红色透明溶胶为反应液，可以在室温下快速的制备晶态二氧化钛薄膜，薄膜的厚度可以通过反应液中钛元素的浓度来调节。这一新工艺具有低温高效等优点，可以用来在柔性聚合物材料表面沉积无机晶态薄膜，为进一步制备自清洁、导电或光电转换等先进表面功能材料奠定了基础。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面功能玻璃的应用

1．2．1 仿生表面凝水材料

1．2．2 生物芯片

1．2．3 自清洁玻璃

1．2．4 透明导电玻璃(Transparent Conductive Oxide，TCO)

1．2．5 太阳能电池

1．3 表面功能玻璃制备技术

1．3．1 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法

1．3．2 液相沉积法(Liquid-Phase Deposition，LPD)

1．3．3 喷雾热分解法(spray Pyrolysis，SP)

1．3．4 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)

1．3．5 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)

1．4 图案化表面功能玻璃的制备技术

1．4．1 光刻胶技术

1．4．2 深紫外刻蚀技术

1．4．3 微接触印刷技术

1．4．4 其他技术

1．5 紫外光化学在表面功能化中的应用

1．6 本论文研究目的及创新点

第二章 玻璃表面光化学改性的方法研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 玻璃片的洗涤

2．2．4 玻璃片的表面改性

2．2．5 硅纳米线的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 改性前后接触角的变化

2．3．2 表面化学组成的变化

2．3．3 表面结构的变化

2．3．4 主要反应参数对Step 1的影响

2．3．5 主要反应参数对Step 2的影响

2．3．6 所制备的玻璃表面疏水膜的稳定性

2．3．7 反应机理的探讨

2．4 小结

第三章 玻璃表面光化学图案化的方法研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 玻璃片的洗涤

3．2．4 玻璃片的表面图案化

3．2．5 水蒸气在条纹化亲疏水表面上的凝结

3．2．6 蛋白质在条纹化氨基玻璃表面的固定

3．3 结果与讨论

3．3．1 疏水条纹的荧光表征

3．3．2 疏水条纹的原子力表征

3．3．3 疏水条纹的应用

3．3．4 图案化氨基功能表面的表征

3．3．5 一步法制备疏水条纹

3．4 小结

第四章 紫外光诱导制备晶态二氧化钛薄膜

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 玻璃片的洗涤

4．2．4 溶液沉积法制备晶态TiO2

4．2．5 紫外光诱导制备晶态二氧化钛粉末

4．2．6 紫外光诱导制备纳米晶二氧化钛薄膜

4．3 结果与讨论

4．3．1 紫外光诱导制备晶态二氧化钛粉末

4．3．2 反应液中物料配比参数对二氧化钛晶型的影响

4．3．3 紫外光诱导制备二氧化钛薄膜

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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