光电协同微纳米材料的制备及其可控浸润性研究

来源 :中国科学院国家纳米科学中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laverke
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目前,通过控制材料的结构以及异质材料的接触和融合所产生的表面和界面奇异功能来创造新型材料和器件,已成为众多领域研究的指导思想。智能响应材料与界面材料结合所产生的界面智能特性是一个新的研究领域。多重刺激调控固体表面浸润性,特别是光电协同调控,具有广泛的应用前景。本论文的目的是在特殊浸润性表面实现光电协同控制响应界面,通过提高光电功能材料的光电性质和构造器件表面微纳米结构,来扩大材料表面浸润性的响应范围,同时实现位置可控浸润以拓展这方面的应用。本论文研究的主要结果如下:   1.构筑了一个以有机材料为光导层的光电协同控制智能响应浸润表面,即制备取代酞菁铜和电荷传输材料s-100复合薄膜作为光导体层,在这一光导层表面,通过旋涂和电流体动力学过程分别制备了大面积的平滑及微纳米复合结构聚苯乙烯薄膜。结果表明,TIMPPcCu和s-100复合光导层薄膜具有良好的光电性能,表面引入微纳米复合结构聚苯乙烯后具有超疏水性。在这种超疏水性光电协同浸润器件表面进行了光电协同浸润的研究,实现了光和电场协同控制器件表面从超疏水到亲水的转变。超疏水性和电浸润两种因素协同作用的结果为扩大接触角变化范围提供了条件。这一研究工作将为实现光电协同控制的液体浸润这一领域的应用研究创造了条件,为开发新型的协同响应的浸润性界面材料提供了新的思路。   2.构筑了一个以有机、无机复合材料为光导层的光电协同控制智能响应浸润表面,即采用低温水热法制备一维氧化锌纳米棒阵列薄膜,在此薄膜表面蒸镀酞菁氧钛后,通过紫外可见光谱、表面光电压谱和电化学阻抗谱表征,得到了酞菁氧钛敏化光导性能增强的复合纳米棒阵列薄膜。然后其表面经修饰低表面能材料氟硅烷实现了薄膜的超疏水性。在这种超疏水性薄膜表面进行了光电协同浸润研究,实现了有效地光和电场协同控制其表面从超疏水到亲水转变。研究表明,薄膜中纳米棒阵列的引入为增强光电协同浸润提供了必要的粗糙度,在很大程度上扩大了表面浸润性响应范围。同时,由于氧化锌透明导电电极能减小导电液体与电极之间的空间阻碍,获得了有效电极,从而有利于实现有效光电协同浸润。这一研究有利于拓展这一领域的发展,为开发新型的协同响应的功能浸润性界面材料提供新的思路。同时,浸润性从超疏水到亲水转变过程中,表面从低粘滞状态变为粘滞状态。这一过程为实现光电协同控制的图案化浸润提供了可能性,即在低于电浸润阈值电压的条件下,通过图案化的光照来实现液体图案化浸润。   3.构筑了一个具有光诱导各向异性浸润特性的智能响应表面,即采用低温水热法制备了垂直基底生长的一维氧化锌纳米棒阵列薄膜。通过控制生长液的浓度,研究了不同浓度对氧化锌生长直径和间距的影响。结果发现由浓度为0.025 M的生长液制备的氧化锌纳米棒阵列具有较好的粗糙度和间距,可以获得较好的疏水性。这种垂直于基底生长的氧化锌纳米棒薄膜经蒸镀酞菁氧钛、修饰氟硅烷后得到了光导性能很好的Cassie状态的超疏水薄膜。在这种薄膜表面,实现了一种通过光电协同控制的各向异性浸润作用来获得液体的图案化浸润的方法,即在低于电浸润阈值电压的条件下,通过图案化的光照来实现液体图案化浸润。超疏水复合氧化锌纳米棒阵列为图案化浸润提供了必要的各向异性浸润环境。通过表面纳米结构的设计可以实现对微小尺度液体的精确控制。这一工作在实现通过光的图案化来精确控制液体图案化领域取得了重要的进展。同时,这一工作也为发展和应用新型的液体精确可控器件如微反应器、芯片缩微实验室器件、微/纳流体系统和微/纳电子技术等提供了一种新的思路。
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