界面分子组装与表面图案化

Interfaclal molecular assembly and surface patterning

项目批准号:59928303

德国Munster大学物理系  迟力峰
吉林大学化学系 张 希,沈家骥

  表面图案化是指在至少一维的方向上生成纳米级的规则表面结构,其在纳米反应器、微型阵列器件、组合化学与药物筛选等方面的潜在应用也是巨大并可预见的。表面图案化可用多种技术得以实现,如光刻、基于扫描探针的微机械方法(Micromaching)、微接触的印刷术(microcontact Printing)等,但这些方法都无法克服光刻极限。我们致力于研究分子于气/液、液/固界面受限条件下的聚集规律,发展由分子界面组装实现纳米图案化的新方法,这对发展界面超分子化学有重要意义。另外,由于分子聚集体尺寸在1-100NM之间,这样我们彩界面分子组装方法来构造模式化表面可以很容易突破传统光刻方法的尺寸极限。

主要研究成果与进展

(1)气液界面的超分子构筑

  我们以二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC)的单分子膜,在低压力下快速转移至云母载片上,形成具有阵列排列的表面结构,见下图。与传统制备LB膜方法不同,转移DPPC单层膜时设定的恒定压力低,仅为3N/M;转移速度快,达1000µ M/S,因此这是传统LB膜概念基础上逆向思维的结果。扫描力显微镜结果表明这种沟槽阵列结构具有可控的各向异性浸润性质,如200NM宽亲水沟槽和600NM宽的疏水条带。沟槽深度恰为DPPC单分子长度。

 

(2)两亲性分子的界面聚集

  我们较详细地研究了含有偶氮苯介晶基团的双头双亲分子于液固界面的分子聚集,发现溶液浓度在大于临界胶束浓度时,这种双头双亲分子在云母片表面吸附形成了大面积的10NM宽的条带结构,见图。这种纳米条带结构可受多种因素控制,如浓度,离子强度,间隔基长度等。对含有较长间隔基的双头双亲分子,它可由界面聚集形成有序条带结构;而含有较短间隔基的双头双亲分子则无法形成此类有序结构。在加入适当浓度水杨酸钠电介质时,我们发现其有序条带结构的区域扩大,其周期条带结构增宽至约18NM。

(3)树枝状分子的化学吸附

  近来我们设计合成了亲水、疏水、及亲/疏水的含有巯基的树枝状分子。由于存在受限相分离,我们发现含有巯基的双亲树枝状分子于金载片上,它可形成有序蜂窝状结构,见下图。考虑到树枝状分子所提供的丰富构筑,我们可以预言它有可能提供一类有前景的纳米图案化材料。

 

●代表性论文

1.Michacl,Gleiche,Lifeng Chi&Harld Fuchs,Nanoscopic channel latices with controlled

2.Song Gao,Bo Zou,Lifeng Chi,Harald Fuchs,Junqi Sun,Xi Zhang and Jiacong Shen,Nano-size stripes of self-assembled bolaform amphiphiles, Chem.Commun.,2000,1273-1274

3.Li.Zhang,Fengwei.Huo,Zhiqiang.Wang,Lixin. Wu,Xi.Zhang,.Hoppener,Lifeng.Chi,Harald Fuchs,JianWei.Zhao,Li.Niu,Shaojun.Dong,Investigation into self-assembled monolayers of a polyether dendron thiol:chemisorption,kinetics,and patterned surface Langmuir 2000,16,3813-3817

工程与材料科学部、国际合作局 主办
数理科学部、化学科学部 协办