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纳米材料,由于其新颖独特的光、电、磁等性能,已成为科学研究的一大热点。而以人类意志为主导的自组装纳米材料,作为纳米科技发展的最高层次,由于其在基础研究和实际应用方面的巨大意义,已日益成为科学家们关注的焦点。
本论文正是在这一研究背景下,致力于利用自组装技术,开发制备具有特殊光学、光电以及表面性能的纳米材料,为自组装纳米材料的功能化提供新的思路,并为开发其进一步应用奠定基础。主要研究内容如下:
1.量子点和功能分子在基底表面的自组装。利用经典的巯金键相互作用和EDC/NHSS活化的交联反应,将构象随环境pH值敏感的i-motif DNA分子和具备优异光学性质的CdSe/ZnS QDs接枝到镀金硅电极上,组装成一个特殊的Au-MotorDNA-CdSe/ZnS QDs复合结构电极。DNA分子在此充当连接量子点和镀金硅基底的桥链。将此复合结构用作电化学工作站体系中的工作电极,调节电解液的酸碱性,弱酸性(pH=5.0)和弱碱性(pH=8.0),检测其光电流随时间的变化曲线,即i-t特征曲线。表征结果显示,其开关电流随电解液的pH值变化具有明显的开关效应,弱酸性条件下具有较大的开关电流,而弱碱性条件下的开关电流不明显,由此获得一个动态可逆的光电转换开关。
2.金纳米晶在基底表面的自组装。首先通过“晶种调控生长法”,合成了十六烷基氯化吡啶(CPC)稳定的三种不同金多面体,即菱形十二面体、八面体和立方体。然后以这三种金纳米晶作为组装单元,借助常用于制备光子晶体的垂直沉积法,在恒温恒湿条件下于硅片等基底上进行自组装,得到了三种不同的自组装超结构。对其自组装超结构的形貌进行研究发现,三种金纳米晶的组装行为各有不同,菱形十二面体自组装成多层紧密六方堆积的“金三角”结构,而八面体和立方体自组装成单层的阵列结构。进一步的光学研究发现,它们对拉曼信号都有很大的增强作用,并且,菱形十二面体的自组装超结构对SERS信号具有独特的各向异性。
3.功能分子在基底表面的自组装。受荷叶自清洁效应的启发,采用一步浸泡的自组装方法,在普通工程金属和合金表面构筑超双疏的微纳复合结构薄膜。利用低表面能的全氟酸分子和普通工程金属或合金基底之间的相互作用,将基底在全氟酸分子的乙醇溶液中浸泡自组装适当时间,得到表面能极低的粗糙表面,从而获得超双疏性质。这种方法简单、有效、廉价,具有广的普适性,不受基底形状限制,可以大面积制备。研究表明,全氟酸碳链长度、浓度以及浸泡时间对薄膜的微纳结构和浸润性都有一定的影响。