金單晶表面基于弱相互作用的分子自組裝及其STM研究.pdf

1、基于物理吸附的表面自組裝是在表面獲得分子級可控結(jié)構(gòu)的有效方法，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。物理吸附的分子與基底的作用力較弱，其自組裝膜結(jié)構(gòu)受分子間作用力的影響較大，因此探討分子間作用力對物理吸附自組裝膜結(jié)構(gòu)的影響就顯得非常重要。本論文選取基于范德華力或氫鍵的分子間相互作用下的物理吸附自組裝體系作為研究體系，通過改變分子鏈長、分子結(jié)構(gòu)、基底等途徑來調(diào)節(jié)分子間作用力，并利用掃描隧道顯微鏡(STM)研究分子間作用力對自組裝膜結(jié)構(gòu)的影響，探索基

2、于物理吸附的表面自組裝規(guī)律。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1.利用STM研究三種結(jié)構(gòu)相似、鏈長不同的非離子型氟表面活性劑分子FSN、FS-300、FSO在Au(100)和Au(111)表面的自組裝。研究結(jié)果表明，三種分子都能在Au(100)表面形成穩(wěn)定、有序的自組裝膜，且都有褶皺存在，其褶皺的存在是由分子間距太小而產(chǎn)生的范德華排斥力所導(dǎo)致。FS-300分子鏈最長，分子間范德華排斥力最大，因而自組裝膜的褶皺間距最短；FSO分子鏈

3、最短，分子間作用力弱，因而其自組裝膜均一性較差、膜中存在較多分子缺失；FSN則由于其合適的分子間作用力，而在膜中沒有觀察到分子缺失。在Au(100)基底上顯著體現(xiàn)出鏈長對自組裝膜的影響，但在Au(111)基底上，鏈長影響并不明顯。Au(111)表面上FSN、FS-300、FSO分子均以(√3×√3)R30°的結(jié)構(gòu)吸附于基底上，形成的大疇尺寸、少缺陷、高穩(wěn)定性的有序自組裝膜。
　　 2.利用一步加熱蒸發(fā)法在Au(111)表面上制備

4、得到兩種結(jié)構(gòu)相似的雙羧基有機(jī)分子2，6-萘二羧酸(NDC)和4，4’-聯(lián)苯二甲酸(BDC)的自組裝膜，并在氣/固界面下進(jìn)行STM表征；同時(shí)初步研究了NDC分子在Au(100)表面的自組裝。結(jié)果表明，兩種分子雖然結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，但其在Au(111)表面的自組裝膜表現(xiàn)出很多的共性。NDC和BDC分子都通過分子兩端的一對羧基與旁邊分子形成二重氫鍵并不斷延伸成一條-維長鏈，鏈與鏈之間通過范德華力作用，形成有序的自組裝單層膜；它們都形成與A

5、u(111)基底不匹配的膜結(jié)構(gòu)，其芳香環(huán)均與金基底的〈110〉成20°角。由于分子鏈長的不同，它們的單胞參數(shù)存在一定的差異，NDC的單胞參數(shù)為：a＝1.20±0.04nm，b＝0.77±0.04nm及角γ＝136±4°，BDC的單純胞參數(shù)：α＝1.41±0.04nm，b＝0.83±0.04nm及γ＝136±3°。用相同的方法在Au(100)表面制備得到NDC分子的有序自組裝膜，但是膜的面積不大，表面的大量金島破壞了膜的連續(xù)性，且該膜存在