蒸发诱导自组装仿生合成高有序度三维六方介孔氧化硅薄膜

借鉴自然界生物矿化的形成机理,利用蒸发诱导自组装(EISA)的方法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过浸渍提拉在普通玻璃片上制备出高有序度、三维六方结构的介孔氧化硅薄膜,通过XRD、TEM、低温N2吸附/脱附等方法对薄膜进行了表征,并初步讨论了形成三维六方结构的机理。

超低介电常数介孔氧化硅薄膜的制备及其表征

研究了以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MeSi(OEt)_3)为混合硅源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采取旋涂技术,在硅晶片表面制备出二氧化硅透明薄膜,再经过正硅酸乙酯(TEOS)蒸汽孔壁强化后采用线性升温焙烧法脱除薄膜孔道内的模板剂,制备出具有超低介电性能的氧化硅薄膜。使用FTIR、XRD和SEM对样品进行了结构表征,并采用阻抗分析仪测量了薄膜的介电常数(k),纳米硬度计测量薄膜的弹性模量。介孔氧化硅薄膜在常温常湿条件下存放15d后,介电常数仍旧维持在超低值范围内,k=1.80,弹性模量大于6GP,很好地满足了其在超大规模集成电路中应用的要求。

有序介孔氧化硅薄膜制备及其TiO2组装

采用正硅酸乙酯（TEOS）作硅源，分别以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和两亲性三嵌段共聚物（EO20PO70EO20）为模板剂，盐酸为催化剂，利用溶胶-凝胶工艺（solgel），通过提拉法在常压下制备介孔氧化硅薄膜。XRD和TEM测试结果表明，介孔氧化硅薄膜具有高度有序性。分别以这两种薄膜为模板，通过向模板内压入TiCl4液体，并用水解、高温热处理等方法，合成了直径为50～300nm的纳米TiO2纤维，并用SEM对其进行了表征。纳米TiO2纤维并不能形成于未去除模板剂的薄膜或未镀膜的基底上。纳米TiO2纤维的形貌可通过调节介孔氧化硅薄膜的孔径大小来控制。经200-600℃高温热处理后，纳米TiO2纤维呈锐钛矿结构。随着热处理温度升高，纳米TiO2纤维的晶化程度增加。

以介孔氧化硅薄膜为模板电沉积合成新型纳米结构

首次以不同孔道结构的介孔氧化硅薄膜为模板 ,采用电化学沉积的方法 ,合成了金属铜和半导体氧化锌的纳米材料 ,并对其结构进行了表征 .以六方孔道结构的介孔氧化硅模板获得了直径为 7nm的金属铜纳米线阵列 ;以笼状体心立方孔道结构的模板获得了具有哑铃状形貌的铜单质纳米颗粒 .对于氧化锌纳米结构 ,电化学沉积过程使得氧化锌完全填充氧化硅模板的孔道 ,分别得到了具有六方和体心立方介孔结构的ZnO/SiO2

低介电常数介孔氧化硅薄膜的结构与介电性能研究

利用溶胶-凝胶技术制备了介孔氧化硅薄膜。采用MIM结构,通过平行板电容器法测量了介孔氧化硅薄膜的介电常数,结果表明采用表面修饰的方法可以在保持较低介电常数(k=2.25)的前提下极大地降低薄膜的漏电流,提高薄膜的环境稳定性能。通过对富氏红外光谱的分析,讨论了薄膜的键结构与介电性能之间的关系,结果表明去除介孔氧化硅薄膜中的OH基团是提高薄膜介电性能的关键。

疏水介孔二氧化硅膜的制备与表征

用甲基三乙氧基硅烷(MTES)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体,以聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物(P123)作有机模板剂,通过共水解缩聚反应制备了甲基修饰的介孔SiO2膜。利用N2吸附、FTIR、29SiMASNMR以及接触角测量仪对膜的孔结构和疏水性进行了表征。结果表明,修饰后的膜材料具有良好的介孔结构,最可几孔径为4.65nm,孔体积为0.69cm3·g-1,比表面积为938.4m2·g-1;同时疏水性明显提高,当nMTES/nTEOS达到1.0时,其对水的接触角达到109°±1.1°。气体渗透实验表明气体通过膜孔的扩散由努森机制所控制。

超薄磺酸化垂直介孔二氧化硅膜的制备及选择透过性研究

介孔二氧化硅膜因纳米孔道孔径小、垂直且带负电荷而具有良好的阳离子选择透过性。将磺酸基负载于二氧化硅膜的介孔孔道可以增加孔道表面电荷密度,提高膜对阳离子的选择透过性。结合St9ber溶液生长法和共缩合法在氧化铟锡镀膜基片上原位合成了具有垂直介孔的超薄磺酸化二氧化硅膜(SMSF)。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜以及电化学等手段对样品进行表征。结果表明,制备的SMSF连续致密,厚度约为50nm,其纳米通道具有垂直取向。选择透过性实验表明,当电解液浓度低于0.1mol/L时,SMSF对阳离子的选择透过性较好。当浓度差值在5~100时,SMSF对Na^(+)的选择透过性与浓度差呈正相关。因此,在适当的浓度范围内通过提高浓度差可使膜对阳离子获得较高的选择透过性。SMSF有望在盐差能的收集方面得到广泛应用。

垂直有序介孔二氧化硅的离子选择渗透性研究

采用Stber溶液生长法,在氧化铟锡(ITO)导电基底上合成了孔道高度有序且垂直于基底的介孔二氧化硅薄膜(Mesoporous silica film,MSF),其孔径约为2.3nm.利用循环伏安法探究了MSF孔道对带不同电荷的探针分子的选择渗透性;此外,利用纳米通道的尺寸效应和电荷效应,研究了溶液的离子强度对MSF孔道选择渗透性的影响,设计了具有"开/关"效应的智能响应界面.

介孔SiO2薄膜增敏SERS基底在消逝波激励下的特性表征

采用溶胶-凝胶分子模板法在50 nm厚金膜表面制备约40 nm厚介孔二氧化硅(MPS)薄膜,然后在MPS薄膜表面静电自组装金纳米粒子(GNP)单层膜,形成的多层膜结构用作表面增强拉曼散射(SERS)基底.利用扫描电镜观测到MPS薄膜具有表面开口多孔结构,有助于小分子向薄膜内快速扩散.基于时域有限差分(FDTD)方法对电场分布的仿真结果指出,在表面等离子体共振(SPR)条件下分布于金膜与GNP之间的消逝场显著增强.由于空间重叠,该增强场能够高效激发MPS内富集的小分子拉曼信号,产生的拉曼信号还可免受金属作用的干扰.利用Kretschmann结构和尼罗蓝(NB)拉曼活性分子测试了Au/MPS/GNP基底在785 nm激发波长下的SERS效果,并与Au/GNP基底进行了比较.结果表明,在SPR条件下,Au/MPS/GNP基底能够导致较强的定向和背向拉曼信号,而且在586 cm-1处的背向拉曼信号强度是Au/GNP基底的40倍,这归功于MPS薄膜.进一步测试表明背向拉曼信号强度与NB浓度成正相关.这意味着Au/MPS/GNP基底具有良好的半定量检测本领.

介孔二氧化硅薄膜固定乙酰胆碱酯酶生物传感器

酸性条件下,以表面活性剂F127为模板剂,正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷为硅源,在ITO导电玻璃上制备出三维立方结构的氨基功能化介孔二氧化硅薄膜,然后采用浸渍的方式将乙酰胆碱酯酶和细胞色素c组装固定到介孔薄膜的孔道中,制备了一种电流型生物传感器.研究结果表明,组装后的介孔薄膜具有很好的三维立方结构,且固定在介孔孔道中的蛋白质和酶分子保持很好的生物活性和电化学活性.以碘化硫代乙酰胆碱为底物,细胞色素c为电子传递酶介体,对该生物传感器的传感性能进行了研究.当有机磷毒剂敌敌畏浓度在1.0×10^-8－1.0×10^-3mol/L范围时,抑制率与其浓度的对数值呈线性关系,检测下限可达3.1×10^-9mol/L.

介孔SiO_2薄膜与金银合金薄膜相结合的大面积、高性能SERS基底

通过对涂布在金银合金薄膜表面的硅基凝胶膜进行高温热处理首次制备出均匀的大面积表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底.利用扫描电子显微镜观测到由硅基凝胶膜经高温脱模形成的介孔二氧化硅薄膜具有表面开口结构,基底的X射线能量色散(EDX)谱揭示了高温热处理引起金银合金薄膜中的银原子流失,从而导致薄膜的纳米构造.通过测试基底对Nile blue(NB)和Crystal violet(CV)拉曼活性分子的SERS光谱,观测到在玻璃衬底与50 nm厚的金银合金薄膜之间插入20 nm厚金薄膜能够显著提高基底的SERS增强因子.测试了基底在水溶液样品(50 nmol·L-1 CV)中的浸渍时间对SERS信号的影响,结果指出SERS信号随浸渍时间的增加而增强并在30min后达到稳定,15 min浸渍时间对应的SERS信号强度达到其稳定值的85%.比对实验指出CV的SERS光谱与其溶液的常规拉曼光谱的峰位完全一致,揭示了介孔二氧化硅薄膜能够有效阻止SERS基底的金属成份对待测分子拉曼指纹谱的干扰.实验还证明了这种新型SERS基底对水溶液中NB的探测下限可达1 nmol·L-1.