资源描述：
《聚合物多层膜的表面分子工程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、山西大学研究生学位课程论文（2011----2012学年第二学期）学院（中心、所）：化学化工学院专业名称：应用化学课程名称：超分子材料合成及组装论文题目：聚合物多层膜的表面分子工程授课教师（职称）：杨巧珍研究生姓名：王光应年级：2011级学号：201122904006成绩：评阅日期：山西大学研究生学院2012年4月12日聚合物多层膜的表面分子工程摘要:概述了作者及其研究群体发展的基于氢键、配位键和共价键的聚合物交替沉积组装方法。在此基础上,重点讨论将溶液中的超分子组装与界面交替沉积相结合的非常规界面交替沉积组装方法。通过结构构筑与功能组装的结
2、合,实现了不同表面物理化学性质的可控调节,包括仿生矿化、超疏水涂层、可控组装与释放、表面分子印迹等。这些研究结果对发展基于聚合物多层膜的表面分子工程具有重要意义。关键词：超分子组装，结构构筑，功能组装，多层膜早在1966年,Iler报道了将表面带有电荷的固体基片,在带相反电荷的胶体微粒溶液中交替沉积而获得胶体微粒超薄膜的研究,并预言此项组装技术可用于各种构筑基元的有序层状组装,但当时并没有引起人们的重视[1]。直到1991年,Decher及其合作者重新发现了此项组装技术,报道了利用两端带有电荷的刚性分子和聚电解质交替沉积(LbL)构筑聚电解质
3、多层膜的工作[2]。自此,这种组装技术引起了学术和工业界的广泛关注。以聚阳离子和聚阴离子在带正电荷的基片上的交替沉积为例,聚电解质多层膜的制备过程如下所示。(1)将带正电荷的基片先浸入聚阴离子溶液中,静置一段时间后取出,由于静电作用,基片上会吸附一层聚阴离子。此时,基片表面所带的电荷由于聚阴离子的吸附而变为负。(2)用水冲洗基片表面,去掉过量吸附的聚阴离子,并将沉积有一层聚阴离子的基片干燥。(3)将上述基片转移至聚阳离子溶液中,基片表面便会吸附一层聚阳离子,表面电荷恢复为正。(4)水洗,干燥。这样便完成了聚阳离子和聚阴离子组装的一个循环。重复
4、(1)至的操作便可得到多层的聚阳离子-聚阴离子超薄膜。与自组装单层膜、Langmuir-Blodgett膜相比,这种LbL组装技术具有许多的优点[3~5],如制备方法简单,不需要复杂的仪器设备;适合各种各样的构筑基元,包括聚电解质、有机小分子、有机-无机微粒、生物分子等;不受基底大小、形状和种类的限制,即适合平面基底,也适合非平面上;每一层厚度在几个埃至几个纳米范围内,并且可以通过调节溶液的离子强度、浓度、pH值以及沉积时间来调控;适于各种功能构筑基元按照一定顺序进行组装,从而实现功能的优化和集成。LbL组装研究大致可分为3个发展阶段。第一个
5、阶段是在基于静电相互作用的LbL技术再次被发现后,当时研究重点是尝试各种各样适合静电组装的构筑基元。第二个阶段为将多层膜体系由水体系推广到非水体系,建立了基于氢键、配位键等不同驱动力的组装方法。在第三个阶段,随着多种构筑基元与组装驱动力的提出,研究进入了结构构筑与功能组装相结合的阶段。该组装方法在界面修饰和表面材料制备方面的优势明显,可用于防腐涂层、抗反射涂层、抗静电涂层、生物表面、表面分子识别、化学与生物传感器以及微通道流控制等方面。同时,通过设计、改变组装材料的顺序和种类来控制多层膜体系的结构,并最终调节器件性质,研究表明其在膜反应器、发
6、光二极管、分离膜等方面也有应用前景。近来,我们提出了非常规的界面交替沉积组装方法,它是将溶液中的超分子组装与界面交替沉积相结合的分步组装[6]。即先于溶液中进行超分子修饰以形成超分子组装体,这样可使原本无法组装的构筑基元具有自组装能力;再以此超分子组装体为构筑基元进行界面交替沉积组装。此非常规组装方法适合于许多不带电荷和非水溶性分子的层状组装。它不仅提供了结构构筑的新手段,而且赋予了多层膜许多新的功能,从而为发展表面分子工程提供了新的研究思路。基于我们在该领域的工作,本文将介绍氢键、配位键LbL组装及静电组装与层间光化学反应相结合的共价连接稳
7、定的多层膜方法,并重点讨论在非常规组装方面的新进展。研究表明,借鉴表面分子工程的思想,能将结构构筑与功能组装相结合,为特定表面引入新的物理化学性质,实现表面功能的可控调节,使之为表面分子工程服务。一、氢键为推动力的多层构筑为了发展基于不同分子间相互作用力的组装方法,我们[7]和美国Rubner于1997年几乎同时分别独立地报道了基于氢键的交替层状组装方法。氢键多层膜的构筑过程如图1所示。以聚丙烯酸(PAA)为氢键给体,聚4-乙烯基吡啶(PVP)为氢键受体,在液固界面交替沉积而形成了聚合物多层膜。这种基于氢键的多层膜组装技术既可在水溶液体系,又
8、可在非水体系中实现，适用于许多带有氢键给体和受体的高分子构筑基元的有序层状组装。为进一步研究层状组装的推动力,我们设计合成了具有不同氢键给体密度的高聚物,实验表明这
