Langmuir膜模板誘導結合動力學控制下的無機晶體材料生長研究.pdf

1、在生物體內，無機物的成核、生長和聚集通常都受到有機基質的調控和指導，使得這些無機晶體材料往往都具有特定的形貌、尺寸、高度統(tǒng)一的取向性和特殊的組裝方式，從而在生物體內發(fā)揮著特殊的功能。受此現(xiàn)象的啟發(fā)，人們一方面希望了解這種調控作用的具體信息，另一方面模擬這一過程，希望能夠獲得類似于生物體內的無機材料，通常人們將其成為仿生礦化。 Langmuir膜以其特殊的結構優(yōu)勢成為仿生礦化研究當中使用最廣泛的有機模板之一。人們利用這一方法制備了

2、大量的無機材料，雖然這些材料也具有特殊的形貌和結構特征，但它們往往是單個的獨立晶體，很少能夠生長成為大面積連續(xù)的薄膜。在我們的研究中，我們將由氨氣的擴散引起的催化濃度擴散作為一個動力學控制引入到通常的Langmuir膜有機模板仿生礦化體系當中，組成一個Langmuir膜模板誘導結合動力學控制下的無機晶體生長體系，獲得了大面積的均勻且具有良好晶面取向的堿式硝酸鋅薄膜材料，并通過低溫熱處理獲得了大面積的ZnO薄膜。通過對體系動力學控制的調控

3、，獲得了具有分形結構的材料。并對獲得這些結構材料的原因進行了探討，認為Langmuir膜模板誘導結合動力學控制下的無機晶體生長體系為制備大面積具有特殊結構材料提供了一種新穎的可行的路線。 論文主要包括一下幾個方面的工作： 1.山崳酸Langmuir膜模板誘導結合動力學控制下的堿式硝酸鋅薄膜： 用山崳酸(BA)單分子膜作軟模板，結合氨水在氣液界面創(chuàng)造的pH濃度動力學模板，Langmuir單層膜膜板矢量控制和氨水動態(tài)

4、控制相結合的方法誘導出了連續(xù)致密且沿著(200)面擇優(yōu)取向生長的堿式硝酸鋅薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，氨水的引入對于薄膜的形成起到了關鍵的作用，而模板效應是(200)晶面擇優(yōu)取向的主要因素。 2.牛血清白蛋白Langmuir膜模板誘導結合動力學控制生長堿式硝酸鋅薄膜及其退火后形成的ZnO薄膜研究： 我們改用大分子成膜材料-牛血清白蛋白-單分子膜作為二維有序模板，考察模板對產物的形貌、結晶性能等的影響，用氨水作為動態(tài)氣體擴散催化劑，合

5、成了大面積連續(xù)擇優(yōu)取向生長的ZnO前驅體材料，進一步經(jīng)300℃低溫熱處理后得到大面積的ZnO薄膜。結合生物礦化原理推測了單分子膜的控制機制，應用BSA軟膜板的結構適應性對薄膜結構進行了簡單分析。并用ZnO薄膜作為陽極板封裝成ZnO染料敏化太陽能電池，簡單測試了電池的光電化學性質。 3.山崳酸Langmuir膜模板誘導結合動力學控制生長堿式硝酸鋅分形結構研究： 利用LB技術，以山崳酸單分子膜作為模板，調節(jié)氨水濃度，以氨氣擴

6、散引起的pH值、亞相離子濃度、表面張力梯度作為界面的動力學控制，引入不平衡的生長動力，誘導出取向生長的具有分形結構的堿式硝酸鋅。利用擴散限制聚集(DLA)模型對形成分形晶體的機理進行一定的解釋。認為正是氨氣的引入造成的不平衡狀態(tài)為分形生長提供了可能。 4.牛血清白蛋白單層膜誘導碳酸鋰結晶研究： 在蛋白質單層膜誘導下，研究在生物礦化過程中蛋白質對非生物材料碳酸鋰的形貌、晶型和晶體生長取向的控制作用，進一步了解在生物礦化過程