有機自組裝單分子膜表面電勢的理論和實驗研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)是集微型傳感器、信號處理器、執(zhí)行器以及控制和接口電路、通信和電源于一體的微型系統(tǒng)。它涉及微電子、機械制造、材料科學、自動控制和生物技術(shù)等諸多學科，在基礎(chǔ)研究和工程等各個方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計制造高效、可靠的微機電系統(tǒng)是當代科學技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。但是在微觀尺度下特有的失效機制影響著微機電系統(tǒng)的快速發(fā)展，靜電粘滯是其中一個非常重要的失效機制。采用自組裝單分子膜改變微機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的表面介電性質(zhì)是克服靜電粘滯失效機制

2、最可行的方法之一。研究自組裝單分子膜的表面電勢對合成優(yōu)良的抗靜電自組裝單分子膜、解決靜電粘滯失效具有重要意義。
　　 論文第一部分首先對金表面不同鏈長烷基硫醇自組裝單分子膜(SAM)表面電勢的變化規(guī)律進行了理論研究。從Helmholtz模型出發(fā)，借助量子化學軟件Gaussian03和MOPAC，就分子偶極矩、相對介電常數(shù)以及分子的傾斜角度對SAM表面電勢的影響進行了討論。研究表明，不同鏈長的烷基硫醇分子的偶極矩及其對應(yīng)SAM的相

3、對介電常數(shù)基本相同，對SAM表面電勢變化的影響可以忽略。不同鏈長烷基硫醇SAM中分子的傾斜角度隨烷基鏈長度的規(guī)律性變化是引起SAM表面電勢變化的主要原因。根據(jù)SAM形成的反應(yīng)機理，我們認為，造成SAM中分子傾角變化的根本原因是烷基硫醇SAM的合成溫度與其所對應(yīng)的臨界溫度的溫差隨著烷基鏈上碳原子數(shù)的減少線性增大，導致所形成的SAM的結(jié)構(gòu)漸趨松散，SAM中分子的傾角逐漸增大，最終造成SAM表面電勢的規(guī)律性交化。
　　 論文第二部分就

4、反應(yīng)溫度對十八烷基三氯硅烷(OTS) SAM表面電勢的影響進行了實驗研究。利用靜電力顯微鏡對不同溫度下制備的OTS SAM樣品的表面電勢的測量發(fā)現(xiàn)，OTS SAM樣品的表面電勢隨反應(yīng)溫度變化曲線以其臨界溫度為界明顯分為兩段。當反應(yīng)溫度低于SAM的臨界溫度時，OTS SAM樣品表面電勢隨反應(yīng)溫度升高幾乎不變；當反應(yīng)溫度高于SAM的臨界溫度時，反應(yīng)溫度每升高1℃，SAM樣品表面電勢降低6mV．我們認為這是由于在臨界溫度以下制備的SAM樣品其

5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密、穩(wěn)定，各SAM樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)近乎相同，SAM樣品的表面電勢變化不大；當合成溫度高于臨界溫度時，隨反應(yīng)溫度的升高，SAM樣品的結(jié)構(gòu)漸趨松散，SAM中分子的傾角逐漸增大，從而造成SAM樣品的表面電勢逐漸下降。
　　 論文第三部分針對馮軍勇等利用辛烷基三乙氧基硅烷(C8TES)分子的空間位阻效應(yīng)，采用分步法合成C8TES/OTS均相混合SAM的表面介電性質(zhì)進行了實驗研究。通過對樣品表面電勢的實驗研究發(fā)現(xiàn)，C8TES/