高分子在超薄膜及界面上的超分子自组织

作者:张粉英;王庆军 刊名:扬州教育学院学报 上传者:张洪文

【摘要】超分子科学是一门年轻的学科,她与生命科学、信息科学、材料科学和纳米科学相交叉形成了多学科群。本文通过跟踪高分子超薄膜的制备技术和高分子超薄膜自组织的研究最新发展,就高分子在超薄膜及界面上的超分子自组织的研究进展作一番梳理和论述。

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1.概论1920年德国科学家Staudinger提出了高分子是以共价键结合的长链结构,奠定了高分子化学的基础,从而开创了一门新兴的学科高分子科学[1]。1987年超分子科学的奠基人LehbJ.M.荣获了诺贝尔化学奖,超分子科学研究在国际上迅速展开,并形成了与生命科学、信息科学、材料科学和纳米科学相交叉的多学科群。在超分子研究中,组装超薄膜通过分子的界面组装来实现,其结构简单、制备容易,同时由于表征技术的迅速发展,人们通过对超薄膜的精确表征能够获取超分子组装体的丰富信息,揭示出超分子组装体结构和功能的内在规律,激发了科学家们进行超分子研究的浓厚兴趣。超分子科学的形成为高分子科学的研究开辟了一个崭新的方向。聚合物化学与超分子化学结合形成了一个内容丰富的领域超分子聚合物化学,它涉及有目的地控制分子间作用力(氢键、给体受体效应等)通过互补单体组分的自组装(或通过侧链基团的缔合)形成主链(或侧链)超分子高聚物的识别过程。在讨论分子组装时,涉及两个基本概念:组织和自组织。组织就是一个系统的要素按着特定的指令,形成特定的结构或功能的过程;而自组织是利用系统的要素彼此的相干性、协同性或某种默契形成特定结构与功能的过程。组织和自组织的区别在于有无外界特定干预或信息来源的不同,自组织不是由系统内部或外部的指令完成的,而是根据事物运动变化的规律和特定条件完成的。超分子化学的重要目标是研究组装过程以及组装体,并通过分子组装形成超分子功能体系[2]。本文就高分子在超薄膜及界面上的超分子自组织的研究进展作一番回顾。2.高分子超薄膜的制备技术随着超分子科学研究的深入,科学家们发展了系统地制备超薄膜的技术,这里我们介绍制备高分子超薄膜的几种常用方法,主要包括LB膜技术、静电组装技术、化学吸附自组装技术、交替沉积技术等。LB膜技术最初用于利用两亲性分子在空气和水界面上形成有序的单分子膜,并将此有序单分子层转移到固体表面上的一种技术。将此技术运用到高分子超薄膜的制备时,可将具有两性嵌段高分子溶于挥发性溶剂并可铺展在气/水界面上,在溶剂挥发后沿水面横向施加一定的表面压,使得两性材料在水面上形成紧密排列的有序超薄膜,然后将超薄膜转移到固体表面上得到LB膜。转移时,将基片表面垂直于水面向下挂膜,膜分子憎水面指向基片,称为X法;将基片从下向上提起,膜分子的亲水面指向基片,称为Z法;将基片反复上下运动挂膜,各层分子的亲水和憎水依次交替指向基片,称Y法[3]。该种方法从某种程度上说是实现了在分子水平上的组装设计和在一定空间次序的分子组合,是一种人工控制下化学吸附的特例。1991年Decher[4]发展了一种基于带有相反电荷的聚电解质为基元的交替沉积静电组装技术。该技术制备工艺简单、不受基材的形状大小制约、化学及机械性能稳定,可按人为设计组装复杂结构。自从该种技术诞生以来,用静电组装技术组装超薄膜的研究方兴未艾[5,6]。静电组装技术的成膜推动力主要是聚电解质间的静电相互作用,是基于带电物质在液/固界面上的吸附/脱附平衡。通常将基片交替浸入带有相反电荷的聚电解质溶液中,浸泡一段时间后,取出冲洗干净,重复多次即得到多层超薄膜[7]。化学吸附自组装技术是将某种底材浸入含特定活性基团的某种物质溶液中,这种物质通过活性基团自发吸附在底材表面形成规则排列的自组装单层膜[8]。在自组装过程中,底材表面与物质分子之间的物理、化学作用力成为这种稳定自组装单层膜的驱动力量。烷基硅烷在控制好溶液中水分、溶液温度和组装时间的情况下可以在硅晶片上组装成高质量的有机硅衍生物单层膜,并可以成功地推广在氧化硅、石英、玻璃、云

参考文献

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