[发明专利]一种利用空间位阻制备均相混合自组装单分子膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，尤其涉及一种利用空间位阻制备均相混合自组装单分子膜的方法。

背景技术

由于混合自组装单分子膜具有官能团及组分比可控，同时拥有制备大量表面纳米结构的能力，混合自组装技术被广泛地应用于纳米器件的制备，比如化学传感器、生物传感器、分子器件，以及制备用于润湿性、黏附性和摩擦力等基础研究的模型表面。混合自组装单分子膜已经成为分子水平上表面工程研究的一种不可或缺的模型。

目前，共吸附法是制备混合自组装单分子膜最为常用的方法。所谓共混合法，就是将固体基浸入由两种反应物按特定浓度比组成的混合溶液中，从而在固体基上形成混合自组装单分子膜。然而，不同反应物的吸附能力是不同的，混合SAM表面末端官能团的组成以及纳米级分子区域的尺寸及其分布与混合溶液中反应物的浓度比并不成线性关系，而且需要做大量的试错试验来调节不同组分的优先吸附，以获得所需组分比的混合SAM。所以对于制备均相混合自组装单分子膜来说，这种方法是不适用的。

徐国华等（Colloids and Surfaces A, 2008. 316(1–3): p. 194-201）提出了一种利用空间位阻制备混合自组装单分子膜的设想，但文中提到的制备方法有其局限性，仅能制备烷基乙氧基硅烷/烷基三氯硅烷均相混合自组装单分子膜。这是因为烷基乙氧基硅烷在无水甲苯中不易水解，但若有酸的存在，将加速乙氧基的水解，烷基三氯硅烷易水解，且水解释放出盐酸，因而促成了上述烷基乙氧基硅烷/烷基三氯硅烷均相混合自组装单分子膜的生成。但如果将烷基三氯硅烷换成其它不能释放酸的偶联剂，这种方法就不适用了。乙氧基在酸性或较多水的存在下，水解速度会显著加快，利用这一点，可以将这种利用空间位阻制备混合自组装单分子膜的方法扩展至更多组分。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用空间位阻制备均相混合自组装单分子膜的方法。该方法解决了不同反应物因吸附能力不同难以制备均相混合自组装单分子膜的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用空间位阻制备均相混合自组装单分子膜的方法，该方法具体为：

（1）室温下（5-25℃），将已经羟基化的基底放入反应器中，配制0.05-4×10^-3mol/L烷基乙氧基硅烷有机溶液并倒入反应器中，反应液至少要淹没基底，密封反应20-120分钟后取出，用反应液所用溶剂缓缓冲洗以除去物理吸附的偶联剂聚合物，氮气吹干即得表面具有均匀的单分子膜的基底。

（2）将基底放入烘箱中，在100-120℃下保存2-5小时后取出，再放入体积比为1-8：1的乙醇和水混合液中，乙醇和水混合液至少淹没基底，保存5-60分钟后取出，氮气吹干。

（3）室温下（5-25℃），将基底放入反应器中，配制浓度为0.05-4×10^-3mol/L的烷基三氯硅烷有机溶液或烷基磷酸有机溶液，，将反应液倒入反应器中，反应液至少淹没基底，密封反应20-120分钟后取出，用反应液所用溶剂缓缓冲洗，冲洗后吹干，再放入烘箱中，在100-120℃下保存2-5小时后取出，依次用丙醇、氯仿、异丙醇超声洗，除去物理吸附的联偶剂聚合物，氮气吹干后即得均相混合自组装单分子膜。

进一步地，所述步骤（1）中的烷基乙氧基硅烷有机溶液和所述步骤（3）中的三氯硅烷有机溶液，溶剂是甲苯或正庚烷。

进一步地，所述步骤（3）中的烷基磷酸有机溶液，溶剂为四氢呋喃。

进一步地，所述步骤（1）中的烷基乙氧基硅烷包括1-18个碳的碳氢链三乙氧基硅烷，其末端基团可以是甲基、氨基、苯基中的一种。

进一步地，所述步骤（3）中的三氯硅烷和烷基磷酸包括1-30个碳的碳氢链三氯硅烷和烷基磷酸，三氯硅烷和烷基磷酸的末端基团可以是甲基、乙烯基、苯基中的一种。

本发明的有益效果是：本发明制备方法简单，可控性强，可以制备不同偶联剂的均相混合自组装单分子膜。所制备的混合自组装单分子膜表面光滑，性质均一。

具体实施方式

本发明提供一种利用空间位阻制备均相混合自组装单分子膜的方法，包括以下步骤：

1、室温下（5-25℃），将已经羟基化的基底（如单晶硅、多晶硅、云母）放入反应器中，配制0.05-4×10^-3mol/L烷基乙氧基硅烷有机溶液并倒入反应器中，反应液至少要淹没基底，密封反应20-120分钟后取出，用反应液所用溶剂缓缓冲洗以除去物理吸附的偶联剂聚合物，氮气吹干即得表面均匀的单分子膜。