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纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究_姜先果

纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究_姜先果
纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究_姜先果

 2008年第27卷第1期 传感器与微系统(T r a n s d u c e r a n d M i c r o s y s t e m T e c h n o l o g i e s)

纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究

姜先果,诸富根

(华东理工大学材料科学与工程学院,上海200237)

摘 要:纳米薄膜由于表面的高活性而具有一些特殊的性能,气敏特性就是最主要的性质之一。纳米金膜在吸附巯基化合物后,金膜的平面电阻会发生相应的变化。实验中,以真空离子溅射镀膜法在不同基材表面溅镀一层约15n m厚的金薄膜,通过桥式测量电路,研究了金膜吸附丙硫醇挥发气体后,由于平面电阻改变而引起的电流变化的规律和相关的影响因素。实验数据表明:纳米金膜能够对体积分数为20×10-6的硫醇气体产生明显响应。

关键词:纳米金膜;吸附;巯基;平面电阻

中图分类号:T B34 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2008)01-0039-02

R e s e a r c ho na d s o r p t i o nc h a r a c t e r o f n a n o g o l d

f i l m t o s u l p h y d r y l c o m p o u n d

J I A N GX i a n-g u o,Z H UF u-g e n

(S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,E a s t C h i n aU n i v e r s i t yo f

S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,S h a n g h a i200237,C h i n a)

A b s t r a c t:N a n o-f i l m h a sm a n y s p e c i a lc h a r a c t e r sf o ri t sh i g h l y s u r f a c e a c t i v i t y,o n eo fw h i c hi st h e g a s-

s e n s i t i v i t y.T h e i n-p l a n e r e s i s t i v i t yo f n a n o g o l df i l mc a n b e c h a n g e d a f t e r i t a d s o r b e d s u l p h y d r y l c o m p o u n d s.I n t h e

e x p e r i m e n t n a n o g o l d

f i l mw h o s et h i c k n e s s i s a b o u t15n mo nd i f f e r e n t s u b s t r a t e s i s

g o t b y i o ns p u t t e r i n g,a n dt

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i l ma d s o r b e d n-

p r o p a n e t h i o l.E x p e r i m e n t a l d a t a s h o w s t h a t n a n o g o l d f i l mc a n d e t e c t v e r y l o wv o l u m e f r a c t i o n o f g a s,w h i c h i s a b o u t 20×10-6o n l y.

K e y w o r d s:n a n o g o l d f i l m;a d s o r p t i o n;s u l p h y d r y l;i n-p l a n e r e s i s t i v i t y

0 引 言

纳米薄膜是指由尺寸在纳米量级的晶粒(或颗粒)构

成的薄膜,或将纳米晶粒镶嵌于某种薄膜中构成的复合膜

(如G e/S i O

2,将G e镶嵌于S i O

2

薄膜中),以及每层厚度在

纳米量级的单层或多层膜,有时也称为纳米晶粒薄膜和纳米多层膜[1]。纳米薄膜特性之一的气敏特性指的是一些纳米薄膜借助于其大的比表面积或大量表面微观活性中心(如不饱和键等),对特定气体进行物理吸附和化学吸附的性质[2]。

纳米薄膜的气敏特性可用来制作气体传感器,目前,研究最多的纳米气敏薄膜是S n O

2

超微粒膜[3]。这种膜的吸附性比较好,但是,它的制作却相当麻烦,需要在合成材料时通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。

随着纳米膜研究的深入,巯基化合物(R—S H)在纳米金膜表面的吸附被越来越多的学者所重视。巯基化合物在金收稿日期:2007-07-18膜上的吸附被认为是巯基在金原子表面发生了自组装。通过研究发现,硫醇在金表面形成的分子自组装单层膜的结构包括三部分:硫头基团,它和基体金之间形成了硫基金属键;

碳氢链,例如:烷基(C H

2

)它以垂直的角度形成具有R30°格

子结构的紧致层;末端基团,如,-C H

3

,-C F

3

,-C O O H等,它决定了分子单层膜的性能[4]。

纳米金膜在吸附了巯基气体之后,硫头基和金原子之间电子密度的转移使金膜的平面电阻发生了相应的变化。Z h a n g Y u m o,R o g e r TH认为金膜平面电阻的变化只和金膜吸附气体的巯基有关,而被吸附分子的其他非键合部分影响很小[5]。

利用高灵敏度的检流计可以检测出金膜电阻变化而形成的电流,陈徐荣等人研究了玻璃基材上的纳米金膜吸附硫化氢气体的变化规律[6]。同时,纳米金膜的制作比气敏

薄膜S n O

2

要简单得多,可以采取溅射的方法,通过控制溅射时间来控制金膜的厚度。

39

DOI:10.13873/j.1000-97872008.01.001

传感器与微系统 第27卷 本文研究了不同基材表面纳米金膜对巯基气体的吸附特性,希望可以将纳米金膜的这种吸附特性用于微型传感器中,特别是用于便携式口腔气体探测器中。1 实验与分析

选取玻璃和聚碳酸酯(P C )、有机玻璃(P M M A )、尼龙—

6(P A —6)3种有机材料做金膜的载体,它们的表面粗糙度以轮廓单元的平均宽度(R S m )来表示。采用真空离子溅射的方式获取金膜。首先,考察了不同基材表面金膜的成膜质量;然后,研究了P C ,P M M A 和P A —63种有机材料上金膜的吸附性能。测试纳米金膜吸附巯基气体后平面电阻变化效应的是微纳级直流复射式检流计,电流检测线路如图1所示。实验中以体积分数来表示喷射气体中丙硫醇的含量,目的是要形成可比性的体积分数梯度

图1 电流检测线路F i g 1 C i r c u i t o f c u r r e n t t e s t i n g

1.1 纳米金膜在基材上的成膜情况

参考G B 4677.7—84和I P C -A -600F 测试电路板镀层附着情况的做法,利用3M 810#测试胶带对金膜和实验中不同基材之间的附着情况进行了定性表征。每种基材表面金膜的连续性可以通过它的平面电阻原始值大小来看出,原始阻值越小说明金膜连续性越好。而通过胶带拉扯后,金膜的平面电阻值因为金膜的受力而发生了变化,这种变化越小,则说明金膜在某种基材上面的附着性越好,金膜不易脱落。同时,还发现适当垂直的压力不会破坏金膜。图2表现了不同材料上的金膜电阻及其前后变化值,横坐标数字下方的字母是对应基材的名称

图2 金膜电阻及其变化量曲线

F i g 2 C u r v e s o f r e s i s t i v i t ya n di t s c h a n g i n g o f n a n o g o l df i l m

从图2可以知道,对于P C 和P M M A 2种基材来讲,虽然基材不同,但由于它们的R S m 近乎相同,表面的金膜原始电阻和电阻变化量也很近似,可见基材本身的影响很小,大部分取决于基材的表面。玻璃光滑度最高,得到的金膜连续性也最好,但是,金膜的附着性反而不如P C 和P M M A ;

P A —6由于R S m 过大造成表面金膜的连续性和附着性都比较差。要想使得金膜质量好又不易脱落,需要控制基材表面粗糙度在适当范围内。

1.2 纳米金膜吸附丙硫醇曲线

将不同体积分数的丙硫醇气体喷射到纳米金膜表面,为了使数据稳定,2次气体喷射间隔为1h ,记录每次检流计的电流变化值,得到气体体积分数和电流之间的关系,见图3。

图3 金膜吸附正丙硫醇的电流曲线

F i g 3 C u r r e n t c u r v e s o f n -p r o p a n e t h i o l a d s o r p t i o n

o nn a n o g o l df i l m

从图3可见,无论哪种基材,金膜在吸附了不同体积分数的硫醇气体后,电流变化的趋势都随气体体积分数的增大而增大,很显然,气体体积分数的增大使得金膜表面吸附的—S H 数量增多,影响到金膜的平面电阻变大。在气体体积分数小于60×10-6的情况下,电流变化的线性关系比较明显。

4种基材上的金膜由于基材表面粗糙度的不同影响到金膜的形貌,又间接影响到金膜对气体的吸附。P M M A 和P C 的数据变化非常近似,这与它们基材表面几乎相同的形貌有关系。相比之下,P A —6由于表面粗糙程度增大,测试所得的数据虽然比较大,但是,在高体积分数的时候数据的稳定性降低了。

1.3 金膜厚度对吸附的影响

实验中,在基材P M M A 上分别溅射8,15,22n m 3种厚度的金膜,以体积分数分别为20×10-6和60×10-6的丙硫醇气体进行吸附实验,得到图4

图4 金膜厚度对吸附气体后电流的影响曲线F i g 4 R e l a t i o nc u r v e s b e t w e e nt h i c k n e s s o f

n a n o g o l df i l m a n dc u r r e n t

(下转第48页)

40

传感器与微系统 第27卷

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作者简介:

陈 英(1981-),男,江西抚州人,硕士,助教,主要研究方向为无线传感器网络。

(上接第40页)

从图4中可以清晰地看出:随着金膜厚度的增加,金膜吸附气体后电流变化增大,利用这一现象可以通过控制适当金膜厚度来使金膜具有所希望的分辨力;同时,从两条曲线还可以得到,在每一种厚度的金膜上,电流都随吸附气体的体积分数增大而变大。

2 结 论

1)真空溅射法镀金膜的成膜质量与基材的表面形貌有很大关系,基材表面越光滑,形成的金膜连续性越好,而要满足附着力也好则需要适当增大表面粗糙性;

2)在使用电流精度达10-10A检流计的条件下,通过桥式测量线路,纳米金膜可对体积分数为20×10-6的丙硫醇产生响应;

3)在表面粗糙度较大的基材上形成的金膜,在相同体积分数的气体吸附时,电流变化稳定性比粗糙度较小的基材金膜要小;

4)电流变化随金膜厚度的增大而有相应增大趋势,本实验条件下,15n m左右厚度比较适中。参考文献:

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作者简介:

姜先果(1979-),男,江苏赣榆人,硕士研究生,研究方向为纳米材料的功能化应用。

(上接第43页)

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F i r s t I E E EP e r C o m2003C o n f e r e n c e.T e x a s:I E E E,2003:505-508.作者简介:

杨洪梅(1981-),女,山东威海人,硕士研究生,主要研究方向为自组织网络功率控制技术。

48

最新纳米材料的背景、意义资料

纳米知识介绍 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。 纳米 纳米是一种长度单位,1纳米=1×10-9米,即1米的十亿分之一,单位符号为 nm。 纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术,是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用,并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子,制造出具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段: 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前)主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段,合成纳米块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年~1994年)人们关注的热点是设计纳米复合材料: ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合), ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合), ?纳米复合薄膜(0-2复合)。 第三阶段(从1994年至今)纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米材料。纳米材料和宏观材料迥然不同,它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。 图1 纳米颗粒材料SEM图 一、纳米材料的基本特性

由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成,也正因为这样,纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如:其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等,这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题,可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管,表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性,成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展,已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。 4、磁学性质 当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系,所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率,对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多,而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级,磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级,从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

四官能团巯基化合物工艺路线合成简介

四官能团巯基化合物工艺路线合成简介 一.概述: 是一种新型的高折射率和低色散的光学树脂单体。其反应机理:由环氧氯丙烷(ECH )和巯基乙醇反应制得2,3-二羟基乙基-1-丙醇(DHEP ),然后将DHEP 经盐酸/硫脲法合成了分子结构中硫含量高,含有4个巯基的光学树脂单体。 单体通过均聚、共聚技术可制备性价比更高的新型的光学树脂,如BES-XDI 、BES-XDTI-XDI 等聚氨酯光学树脂,在光盘、光纤、建材、树脂镜片、精密透镜等方面得到广泛的应用。 二.合成路线: 1、第一步:开环加成 O SH OH OH Cl SCH 2CH 3OH 3 2、第二步: OH Cl SCH 2CH 2OH 2 SCH 2CH 2OH SCH 2CH 2OH OH S OH Na 2S·9H 2O 3、第三步: SCH 2CH 2OH SCH 2CH 2OH OH S OH s SH 2CH 2CS s HN H 2N HCl HN H 2N HCl S NH NH 2 HCl SCH 2CH 2S NH NH 2 HCl S NH 2 2 4、第四步:中和、酸解 s SH 2CH 2CS s HN H 2N HCl HN H 2N HCl S NH NH 2 HCl SCH 2CH 2S NH NH 2 HCl NaOH HCl 60S SH SH SCH 2CH 2SH 2CH 2SH 三.产品性能简介: 分子式:C 10H 22S 7 结构式:

分子量:366.74 外观:无色或透明微黄色粘性液体CAS No:553664-68-9 四.原材料物性参数: 六.合成工艺:见实验工艺1-3

纳米材料特性

《纳米材料导论》作业 1、什么是纳米材料?怎样对纳米材料进行分类? 答:任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。它包括体积分数近似相等的两部分:一是直径为几或几十纳米的粒子,二是粒子间的界面。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。纳米线为1维纳米材料,纳米薄膜为2维纳米材料,纳米块体为3维纳米材料,及由他们组成的纳米复合材料。 按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。 2、纳米材料有哪些基本的效应?试举例说明。 答:纳米材料的基本效应有:一、尺寸效应,纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时,周期性的边界条件将被破坏,声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移; 磁有序态转为无序态;超导相转变为正常相;声子谱发生改变等。例如,纳米微粒的熔点远低于块状金属;纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时,具有很高的矫顽力;库仑阻塞效应等。二、量子效应,当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时,必须考虑量子效应,随着金属微粒尺寸的减小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道,能隙变宽的现象均称为量子效应。例如,颗粒的磁化率、比热容和所含电子的奇、偶有关,相应会产生光谱线的频移,介电常数变化等。 三、界面效应,纳米材料由于表面原子数增多,晶界上的原子占有相当高的 比例,而表面原子配位数不足和高的表面自由能,使这些原子易和其它原子相结合而稳定下来,从而具有很高的化学活性。引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化;纳米微粒表面原子运输和构型的变化。四、体积效应,由于纳米粒子体积很小,包含原子数很少,许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明,即称体积效应。久保理论对此做了些解释。 3、纳米材料的晶界有哪些不同于粗晶晶界的特点? 答:纳米晶的晶界具有以下不同于粗晶晶界结构的特点:1)晶界具有大量未被原子占据的空间或过剩体积,2)低的配位数和密度,3)大的原子均方间距,4)存在三叉晶界。此外,纳米晶材料晶间原子的热振动要大于粗晶的晶间原子的热振动,晶界还存在有空位团、微孔等缺陷,它们和旋错、晶粒内的位错、孪晶、层错以及晶面等共同形成纳米材料的缺陷。 4、纳米材料有哪些缺陷?总结纳米材料中位错的特点。 答:纳米材料的缺陷有:一、点缺陷,如空位,溶质原子和杂质原子等,这是一种零维缺陷。二、线缺陷,如位错,一种一维缺陷,位错的线长度及位错运动的平均自由程均小于晶粒的尺寸。三、面缺陷,如孪晶、层错等,这是一种二维缺陷。纳米晶粒内的位错具有尺寸效应,当晶粒小于某一临界尺寸时,位错不稳定,趋向于离开晶粒,而当粒径大于该临界尺寸时,位错便稳定地存在于晶粒 T 内。位错和晶粒大小之间的关系为:1)当晶粒尺寸在50~100nm之间,温度<0.5 m

新型巯基化合物近红外BODIPY类荧光试剂的合成与应用研究

新型巯基化合物近红外BODIPY类荧光试剂的合成与应用研究谷胱甘肽(GSH)和半胱氨酸(Cys)等小分子巯基化合物(RSH)广泛分布于生物体中,在新陈代谢活动中起着关键作用。作为主要的还原物质,RSH可清除活性氧和自由基,维持机体的氧化还原平衡;RSH还可与一氧化氮(NO)反应生成S-亚硝基硫醇(RSNO),作为NO的“储存池”,从而间接参与信号转导。 当RSH含量出现异常时,会导致肝损伤、阿尔茨海默病、癌症、艾滋病等疾病。鉴于巯基化合物在生物体内独特的生理病理功能,检测其在生物体内的含量、含量变化及其动态分布意义重大。 荧光分析法因其灵敏度高、选择性好、直观、可视化等优势,在化学、生命科学、医学和环境科学等领域应用广泛。近红外(NIRF,>600nm)荧光由于背景干扰少、组织穿透力强、对生物损伤小等优点逐渐成为人们关注的焦点,而性能优异的有机小分子荧光试剂在近红外荧光中的应用最多。 然而,理想的有机小分子荧光试剂仍然较少。二氟化硼-二吡咯甲烷(Boron dipyrromethene, BODIPY)荧光团的摩尔吸光系数大、荧光量子产率高,荧光不受溶剂、pH值及光照影响。 因此,本论文通过在其3-、5-位引入苯乙烯基扩大共轭体系的方式,设计合成了新型的近红外荧光试剂1,7-二甲基-3,5-二苯乙烯基-8-苯基-(2’-马来酰亚胺基)-二氟化硼-二吡咯甲烷(DMDSPAB-o-M)和1,7-二甲基-3,5-二苯乙烯基 -8-苯基-(4’-碘乙酰胺基)-二氟化硼-二吡咯甲烷(DMDSPAB-I)。结合荧光光度计、高效液相色谱(HPLC)、毛细管电泳(CE)、荧光显微镜等分析手段,利用新合成的近红外荧光试剂,建立了多种测定血液、细胞、组织等动植物样品中巯基化合物及含量变化的新方法,包括可视化同时监测RSH和NO的荧光成像法。

碳纳米管阵列超双疏性质的发现_翟锦

碳纳米管阵列超双疏性质的发现 * 翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷 - (中国科学院化学研究所 北京 100080) 摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路. 关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏 DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED CARBON NA NOTUBE FILMS Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei - (Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina ) Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine. Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic * 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学 基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到 - 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.doczj.com/doc/ce11071736.html, 在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多 水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1] ,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信 号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的

巯基化合物的制备

Vol.40No.1(2009) ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY 文章编号:1006-4148(2009)01-0018-03 巯基化合物的制备 赵晓磊,何为(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042) 摘要:巯基化合物因其是一类重要的工业原料和重要的医药中间体而受到人们的广泛关注,研究开发其制备技术成为开发该系列化合物的重点。多数产品国内供不应求,极具发展潜力。本文详细综述了巯基化合物的制备方法,同时对制备方法提出了评价。 关键词:巯基;硫醇;硫酚;制备 0前言 巯基化合物因其是一类重要的工业原料和重要的医药中间体,主要有硫醇和硫酚两大类。 硫醇是以硫原子取代醇羟基中的氧原子,而形成的具有巯基(-SH)的一类化合物。它们在性质上与醇相似,有弱酸性,且酸性比相应的醇强,易被氧化成二硫化物。硫醇可用做药物、农药及除草剂的中间体,可做解毒剂,橡胶硫化促进剂等。比如:叔十二碳硫醇是合成橡胶聚合的调节剂。巯基乙醇用于合成农药、医药、染料等,在橡胶、纺织、塑料、涂料中间体,工业中亦可用作助剂。乙硫醇是磺胺类药物和磺酰脲类除草剂的中间体。由于硫醇类化合物具有葱、蒜等特殊气味,它们在食用香精中也占有一席之地。 硫酚是重要的化工原料和有机合成中间体,可广泛用于药物和染料的合成以及高分子合成原料、铝合金缓蚀剂、重金属离子络合分析试剂、感光材料的还原剂以及阻聚剂等。另外,由于它有极臭的臭味,其本身也可用于煤气检漏。 1硫醇的合成 1.1以硫化氢为原料 1.1.1叔十二碳硫醇(TDM)的合成[1-4] 十二烯低温低压法,反应方程式如下: 采用十二烯与硫化氢在AlCl 3等Friedel-Crafts 催化剂存在下直接反应制得TDM 。此法十二烯原料多采用四聚丙烯、三异丁烯,来源丰富。 此法工艺成熟,收率高,无副反应,产品质量好,环境卫生能满足要求,目前国外大多采用此法。 1.1.2环氧乙烷与硫化氢反应制备巯基乙醇[5-7] 反应方程式如下: 由环氧乙烷与硫化氢在一定温度、压力进行反应,产物是巯基乙醇,副产物是硫二甘醇混合物。 目前国内外均采用该法生产,2-巯基乙醇生成量,取决于配料比、反应温度及催化剂和溶剂的选择,按反应压力分又分为常压法和加压法两种常压法采用气相反应,而加压法采用液相反应为主,两者各有利弊。加压法具有投资省、原料转化率高、产品选择性和收率高,而且副产品硫代二甘醇量比较少,设备生产率高,工艺流程短,易于操作,但是加压法要求技术难度大,对设备材质要求高,需要有耐硫化氢腐蚀的高级压缩机和硫化氢钢瓶,目前国内在这些问题技术水平和经济承受能力都存在较大问题。常压法工艺比较容易控制,对设备要求不 修回日期:2008-09-16 作者简介:赵晓磊(1982—),男,山东淄博人,在读硕士研究生,主要从事精细化学品的开发。 -18 -

巯基化合物的色谱分析研究

巯基化合物的色谱分析研究 巯基化合物广泛地存在于生物体内,具有清除自由基、重金属解毒和拮抗电离辐射等作用。此外,巯基化合物还与机体生长发育、延缓衰老及某些疾病(如白血病,关节炎和帕金森综合症)有关。 巯基类药物可用于许多种疾病的治疗。因此,建立简单、快速、灵敏的巯基化合物的分析检测方法具有十分重要的意义。 本论文采用毛细管电泳-激光诱导荧光检测法(CE-LIF)和高效液相色谱-荧光检测法(HPLC-FL)分析测定生物样品中的巯基化合物。研究内容主要包括以下三个部分:(1)建立了以BODIPY类荧光染料(1,3,5,7-四甲基-8-溴甲基-二氟化硼-二吡咯甲川,TMMB-Br)为柱前衍生试剂,采用毛细管电泳-激光诱导荧光检测法同时测定高半胱氨酸、半胱氨酸和谷胱甘肽三种巯基化合物的分析方法。 具体考察了电泳背景电解质的种类、浓度和pH值、分离电压、进样时间对分离的影响;研究了衍生缓冲溶液的组成及pH值、衍生试剂浓度、反应温度和时间对衍生效率的影响。在优化的条件下,高半胱氨酸、半胱氨酸和谷胱甘肽的检出限(S/N=3)分别为0.73nmol/L,0.72nmol/L和0.36nmol/L。 将该方法应用于人血清和尿液样品中的高半胱氨酸、半胱氨酸和谷胱甘肽的测定,回收率在92.6%-109.1%之间。此外,尝试了TMMB-Br用于活细胞内的巯基化合物的荧光成像。 (2)同时建立了高效液相色谱-荧光检测法和毛细管电泳-激光诱导荧光检测法测定巯基类药物D-青霉胺和硫普罗宁的两种分析方法。以TMMB-Br为荧光标记试剂,详细探讨了电泳及色谱分离条件,D-青霉胺和硫普罗宁的衍生条件,

巯基

巯基 巯的字和音均由氢硫二字拼合而成。带有巯基的化合物最常见的是半胱氨酸 HOOC-CH(NH2)-CH2-SH、谷胱甘肽G-SH以及含半胱氨酸残基的各种蛋白质。 1基本介绍 巯基又称氢硫基。是由一个硫原子和一个氢原子相连组成的一价原子团,结构式为:—SH 巯基是硫醇(R—SH)、硫酚(Ph—SH)、硫代羧酸(硫羟羧酸,或俗称硫赶羧酸)分子中的官能团。 2结构介绍 由氢和硫两种原子组成的一价原子团。也叫氢硫基。巯的字和音均由氢硫二字拼合而成。带有巯基的化合物最常见的是半胱氨酸HOOC-CH(NH2)-CH2-SH、谷胱甘肽G-SH 以及含半胱氨酸残基的各种蛋白质。两个半胱氨酸的两个巯基可以脱氢氧化为胱氨酸而在分子中形成-S-S-结构,-S-S-称为二硫键(二硫桥),二硫键是巯基的氧化形式,二硫键可加氢再还原为巯基。谷胱甘肽、巯基蛋白及巯基酶的活性基团是巯基,通过巯基参与反应。 3检测方法 1. RP-HPLC法测定巯基含量 采用色谱柱Kromasil-C18 (250×4.6mm, 5μm),流动相A(0.1%TFA)和流动相B(甲醇)梯度洗脱:流动相B 40%~80%,0~10min,然后80% B保持5min,流速0.8mL/mi n,检测波长327nm,得到NTB标准曲线y=3.67059x+0.14123,回收率101.9%,RSD=l. 17%,从而建立了一种高灵敏度巯基检测方法。 2. 采用分子荧光光谱法作为反应条件,用反相高效液相色谱梯度洗脱法测定巯基 用OPA、丹酰氯、茚三酮与半胱氨酸反应,测其可见紫外吸收光谱及荧光光谱;在不同PH、温度、反应时间条件下,用OPA与半胱氨酸反应测其荧光度;分别吸收0.1mmol/ L半胱氨酸溶液0、20、40、60、80、100 μl,各加入10 μlH2O2,室温下反应30min,然后加热蒸干,残渣用200μl OPA衍生液,定容至5 ml,4 min时测其荧光光谱。取pH8. 4的硼酸缓冲溶液5μl,混合10次;加入OPA衍生液2μl,混合进样走HPLC。梯度条件:洗脱液B所占比例0min为0,17min线性增加至60%,17.5min线性增加至100%,20mi n洗脱结束。激发波长为340nm,荧光检测波长为450nm。 3.柱前衍生高效液相色谱-紫外检测法

纳米材料综述要点

纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位,1纳米=1×10-9米,即1米的十亿分之一,单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术,是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用,并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子,制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段: 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段,合成纳米块体(包括薄膜,研究评估表征的方法,探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年~1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料: ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合, ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合, ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同,它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。

图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成,也正因为这样,纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如:其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等,这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题,可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管,表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性,成

纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究_姜先果

2008年第27卷第1期 传感器与微系统(T r a n s d u c e r a n d M i c r o s y s t e m T e c h n o l o g i e s) 纳米金膜对巯基化合物的吸附特性研究 姜先果,诸富根 (华东理工大学材料科学与工程学院,上海200237) 摘 要:纳米薄膜由于表面的高活性而具有一些特殊的性能,气敏特性就是最主要的性质之一。纳米金膜在吸附巯基化合物后,金膜的平面电阻会发生相应的变化。实验中,以真空离子溅射镀膜法在不同基材表面溅镀一层约15n m厚的金薄膜,通过桥式测量电路,研究了金膜吸附丙硫醇挥发气体后,由于平面电阻改变而引起的电流变化的规律和相关的影响因素。实验数据表明:纳米金膜能够对体积分数为20×10-6的硫醇气体产生明显响应。 关键词:纳米金膜;吸附;巯基;平面电阻 中图分类号:T B34 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2008)01-0039-02 R e s e a r c ho na d s o r p t i o nc h a r a c t e r o f n a n o g o l d f i l m t o s u l p h y d r y l c o m p o u n d J I A N GX i a n-g u o,Z H UF u-g e n (S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,E a s t C h i n aU n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,S h a n g h a i200237,C h i n a) A b s t r a c t:N a n o-f i l m h a sm a n y s p e c i a lc h a r a c t e r sf o ri t sh i g h l y s u r f a c e a c t i v i t y,o n eo fw h i c hi st h e g a s- s e n s i t i v i t y.T h e i n-p l a n e r e s i s t i v i t yo f n a n o g o l df i l mc a n b e c h a n g e d a f t e r i t a d s o r b e d s u l p h y d r y l c o m p o u n d s.I n t h e e x p e r i m e n t n a n o g o l d f i l mw h o s et h i c k n e s s i s a b o u t15n mo nd i f f e r e n t s u b s t r a t e s i s g o t b y i o ns p u t t e r i n g,a n dt h e c h a n g i n g r u l e o f c u r r e n t t o t h e g o l d f i l mi s r e s e a r c h e d b y v i r t u e o f b r i d g e-t e s t i n g c i r c u i t w h e n t h e f i l ma d s o r b e d n- p r o p a n e t h i o l.E x p e r i m e n t a l d a t a s h o w s t h a t n a n o g o l d f i l mc a n d e t e c t v e r y l o wv o l u m e f r a c t i o n o f g a s,w h i c h i s a b o u t 20×10-6o n l y. K e y w o r d s:n a n o g o l d f i l m;a d s o r p t i o n;s u l p h y d r y l;i n-p l a n e r e s i s t i v i t y 0 引 言 纳米薄膜是指由尺寸在纳米量级的晶粒(或颗粒)构 成的薄膜,或将纳米晶粒镶嵌于某种薄膜中构成的复合膜 (如G e/S i O 2,将G e镶嵌于S i O 2 薄膜中),以及每层厚度在 纳米量级的单层或多层膜,有时也称为纳米晶粒薄膜和纳米多层膜[1]。纳米薄膜特性之一的气敏特性指的是一些纳米薄膜借助于其大的比表面积或大量表面微观活性中心(如不饱和键等),对特定气体进行物理吸附和化学吸附的性质[2]。 纳米薄膜的气敏特性可用来制作气体传感器,目前,研究最多的纳米气敏薄膜是S n O 2 超微粒膜[3]。这种膜的吸附性比较好,但是,它的制作却相当麻烦,需要在合成材料时通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。 随着纳米膜研究的深入,巯基化合物(R—S H)在纳米金膜表面的吸附被越来越多的学者所重视。巯基化合物在金收稿日期:2007-07-18膜上的吸附被认为是巯基在金原子表面发生了自组装。通过研究发现,硫醇在金表面形成的分子自组装单层膜的结构包括三部分:硫头基团,它和基体金之间形成了硫基金属键; 碳氢链,例如:烷基(C H 2 )它以垂直的角度形成具有R30°格 子结构的紧致层;末端基团,如,-C H 3 ,-C F 3 ,-C O O H等,它决定了分子单层膜的性能[4]。 纳米金膜在吸附了巯基气体之后,硫头基和金原子之间电子密度的转移使金膜的平面电阻发生了相应的变化。Z h a n g Y u m o,R o g e r TH认为金膜平面电阻的变化只和金膜吸附气体的巯基有关,而被吸附分子的其他非键合部分影响很小[5]。 利用高灵敏度的检流计可以检测出金膜电阻变化而形成的电流,陈徐荣等人研究了玻璃基材上的纳米金膜吸附硫化氢气体的变化规律[6]。同时,纳米金膜的制作比气敏 薄膜S n O 2 要简单得多,可以采取溅射的方法,通过控制溅射时间来控制金膜的厚度。 39 DOI:10.13873/j.1000-97872008.01.001

纳米材料论文

纳米材料的特性与应用 摘要:纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚爱好。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学特性,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。 关键词:纳米材料特性应用 1. 纳米发展简史 1959年,着名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。 1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.什么是纳米材料 纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。 一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 3. 纳米材料的特性 广义地说,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1-100nm)或由他们作为基本单元构成的材料。 3.1表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时,微粒包含4000个原子,表面原子占40%;粒子直径为1纳米时,微粒包含有30个原子,表面原子占99%。主要原因就在于直径减少,表面原子数量增多。再例如,粒子直径为10纳米和5纳米时,比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象,如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。 3.2小尺寸效应

含硫化合物介绍

第十五章 含硫、磷化合物 硫、磷两种元素在周期表中分别与氧、氮同一主族,它们的价电子数也与相应的氧、氮相同。因此能形成一系列结构相似的化合物。 eg R-OH R-SH 硫醇 R-NH2 R-PH2 膦 硫、磷位于第三周期,价电子离核较远,电负性比相应的O、N小,另外第三层还有3d空轨道。由于3s、3p、3d同组能级差较小,因此S、P在成键时可利用3d轨道,形成高价化合物,这是S、P与O、N不同的地方。 §15.1含硫有机化合物 硫和碳直接相连的化合物,称有机硫化物.这是一类重要的化合物.其中一些我们能感受到它的重要性.如:青霉素、磺胺药、头饱、V B1等。这些化合物在解除病痛、挽救生命中起着重大作用。 15.1.1 分类 两大类:一类与含氧化合物相似(二价);一类是高价含硫有机物(高价) 1.与含氧化合物相似的是:二价 R-OH R-SH 硫醇 Ar-OH Ar-SH 硫酚 R-O-R R-S-R 硫醚 R-O-O-R R-S-S-R 二硫化物 环硫乙烷 2、高价含硫有机物(高价) 常被看作为硫酸、亚硫酸中的-OH被-R取代而生成的衍生物。

硫酸 磺酸 砜 亚硫酸 亚磺酸 亚砜 15.1.2 硫醇、硫酚 1、制法 硫醇: 硫酚: 2、反应 ①酸性:R-SH、Ar-SH的酸性较其相应的R-OH、Ar-OH强的多 石油炼制中常用NaOH除R-SH。 ②氧化反应

醇在α-C上发生反应,而硫称反应发生在S上。 (R-S-H 不匹配,-S-H易断裂)R-SH可被弱的氧化剂氧化成二氧化物,H2O2、Fe3+ 这种互相转化是生物体内非常重要的生理过程。 磺酸 ③生成重金属能 医药利用这一性质,常把硫成作人、畜重金属中毒时的解毒剂。(重金属进入体内,与某些酶的巯基结合,使酶丧失生理活性,引起中毒) 医药常用二巯基丙醇,它可夺取与体内酶结合的重金属,形成稳定的络合物,从尿中排出。 15.1.3 硫醚 亚砜和砜 1、制备 类似威廉姆逊法 2、反应 锍盐 在合成上的应用

纳米材料的形貌控制.(DOC)

纳米材料的形貌控制 1 概述 纳米材料是指材料的三维尺寸中至少有一维处于纳米尺度(1-100 nm),或由纳米尺度结构单元构成的材料。随着纳米材料尺寸的降低,其表面的晶体结构和电子结构发生了变化,产生了如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等宏观物质所不具有的特殊效应,从而具有传统材料所不具备的物理化学性质。纳米材料的尺度处于原子簇和宏观物质交界的过渡域,是介于微观原子或分子和宏观物质间的过渡亚稳态物质,它有着与传统固体材料显著不同的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应[1],表现出奇异的光学、磁学、电学、力学和化学特性。 1.1 纳米材料的特性 1.1.1 量子尺寸效应 当粒子的尺寸下降到某一临界值时,其费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级,并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,使得能隙变宽的现象,称为纳米材料的量子尺寸效应。当能级间距大于磁能、热能、静电能或超导态的凝聚能时,量子尺寸效应会导致纳米颗粒光、电、磁、热及超导电性能与宏观性能显著不同。量子尺寸效应是未来光电子、微电子器件的基础。 1.1.2 小尺寸效应 当纳米材料的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等外部物理量的特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米颗粒表面层附近的原子密度减小,从而导致其光、电、磁、声、热、力学等物质特性呈现出显著的变化:如熔点降低;磁有序向磁无序态,超导相向正常相的转变;光吸收显著增加,并产生吸收峰的等离子共振频移;声子谱发生

改变等,这种现象称为小尺寸效应。纳米材料的这些小尺寸效应为实用技术开拓了新领域。 1.1.3 表面效应 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变化而急剧增大后引起的材料性质上的变化。随着材料尺寸的减小,比表面积和表面原子所占的原子比例将会显著增加。例如,当颗粒的粒径为10 nm时,表面原子数为晶粒原子总数的20%,而当粒径为l nm时,表面原子百分数增大到99%。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些原子易与其他原子相结合以降低表面能,故具有很高的化学活性。这种表面原子的活性不但能引起纳米粒子表面输运和构型的变化,也会引起电子能级和电子自旋构象的变化,从而对纳米材料的电学、光学、光化学及非线性光学性质等产生重要影响。通过利用有机材料对纳米材料表面的修饰和改性,可以得到超亲水和超疏水等性能可调的纳米材料,可以广泛的应用于民用工业。 1.1.4 宏观量子隧道效应 量子物理中把微观粒子具有的贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来的研究发现一些宏观量,如超微颗粒的磁化强度,量子相干器件中的磁通以及电荷等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而发生变化。故称为宏观量子隧道效应。对宏观量子隧道效应的研究对基础及应用研究都有着重要意义。宏观量子隧道效应与量子尺寸效应一起都将会是未来微电子、光电子器件的基础。此外,纳米粒子还具有其它的一些特殊性质,如库伦阻塞与量子隧穿及介电限域效应等。 1.2 纳米材料特性对材料性能的影响 1.2.1 电学性能 电学性能发生奇异的变化,是由于电子在纳米材料中的传输过程受到空间维度的约束而呈现出量子限域效应。纳米材料晶界上原子体积分数增大,晶界部分

基于双巯基化合物和纳米金固定生物分子的研究

基于双巯基化合物和纳米金固定生物分子的研究 摘要:利用自组装方法,将双巯基化合物通过形成金硫键修饰至金电极表面,再利用双巯基化合物的另一个-SH基,吸附纳米金颗粒形成纳米金的膜。运用循环伏安法对此修饰电极进行研究。发现双巯基化合物的最佳修饰时间为2小时;纳米金的最佳修饰速度为6小时;当扫描速度为100mv/s时固定抗体抗原的效果最好;而抗体抗原浓度为1:4时固定效果最佳。 关键词:纳米金修饰电极自组装循环伏安法 一、引言 自组装单分子膜是使用含有各种活性官能团的分子,以化学键的形式与相应的基底(如Au、Ag、Cu、Pt、Si等)相互作用从而形成的自组装膜。目前研究最多的是巯基化合物在金电极表面的自组装及应用分析。由于金表面无自然氧化膜,稳定性好,而且与二硫化合物或硫醇形成的自组装体系具有良好的稳定性,因而以Au-S键为基础的自组装体系往往成为研究的首选体系。 分子自组装技术是80年代新兴的、基于分子自组装作用,在固体表面自然形成高度有序的分子层的方法。该技术具有制备方法简单、膜结构有序、性能稳定等优点,提供了在分子水平上方便地构造理想界面的手段,对实现优良功能材料的分子设计具有指导作用,在生物仿生、生物传感器、润滑、非线型光学等众多领域有广泛的应用前景,已成为当今学术界一项极有意义的研究课题。在众多自组装单分子膜种类中,硫醇类在金基底上的自组装因具有成膜条件较易控制、有序性强、吸附杂质少、选择性高等特点成为了研究最多和最具代表性的体系,在基础及应用研究领域都受到广泛重视。这些技术主要是针对自组装单分子膜形成后稳定状态下结构和性质的探识。但是只有了解和认识溶液中分子自组装的动态的物理和化学过程,研究自组装单分子膜有关的成膜过程的动态信息,才能更好地选择条件并控制膜的制备从而获得高质量自组装单分子膜。总之,自组装技术越来越显示出其不可比拟的优越性。自组装技术提供了分子水平上方便构造理想界面的手段,在润滑、防腐、催化、刻蚀、电子得失反应、分子器件、非线性光学众多领域有广泛的应用前景,从而成为近年来界面化学与材料化学领域研究的特点。 近年来,以纳米粒子构建各种纳米结构功能膜越来越受到人们的青睐。纳米尺寸的金颗粒具有比表面积大、吸附力强、生物相容性好等物理化学特性,它在材料学、电子学、生物医疗以及临床诊断等研究领域均有重要作用。巯基自组装膜是近年来发展的一种新型有机超薄膜,它基于硫原子与金属的强相互作用,成膜容易,制备简单,稳定性和有序性高,而且分子另一端可以带上不同的活性功能团以适用不同的修饰电极的要求。在免疫传感器的研究中,金电极表面上以硫醇分子的自组装应用较多,其固定途径主要是选择合适的功能团的硫醇进行自组装,然后通过活性功能团固定抗体来达到生物分子的固定。该文结合近些年来发展的纳米金技术,先在金电极的表面修饰一层双巯基化合物,再通过纳米金与双

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