費(fèi)海娟

江蘇省南通市廣播電視大學(xué) 226006

1.概述

薄膜材料一直都是影響國(guó)家生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素，納米材料的廣泛研究為納米結(jié)構(gòu)薄膜材料的開(kāi)發(fā)和研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，利用自組裝的方法制備類(lèi)似生物材料的有序納米結(jié)構(gòu)，從分子到宏觀物體的各種不同尺度下的自組裝體系一直是研究的熱點(diǎn)，技術(shù)也已經(jīng)較為成熟，出現(xiàn)了多種方法如水-氣界面自組裝、層層自組裝、熱處理自組裝和氣相沉積法自組裝等[1]。

二氧化鈦薄膜技術(shù)在工業(yè)上具有很大的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)榕c其他材料如SiO2和ZrO2相比，它有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如高的水通量，半導(dǎo)體，催化和耐化學(xué)性。

研究表明[2]，加入表面活性劑能使新型納米多孔材料具有較大的孔徑。本文采用聚乙二醇（PEG）作為有機(jī)添加劑，通過(guò)控制PEG的量，可以制備出更小尺寸和形狀的二氧化鈦薄膜納米顆粒膜。

2.實(shí)驗(yàn)

化學(xué)試劑：去離子水，鈦（IV）的正丁醇（80 %）的溶液，聚乙二醇（PEG），三乙胺（TEA），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）。薄膜的合成和轉(zhuǎn)移采用以下2種方法：

（a）鈦（IV）的正丁醇（1克）被逐滴加入到大量過(guò)量的茶（6.7克）。黏稠的混合物在室溫下攪拌10分鐘，直到它變得幾乎清晰的淡黃色。然后加水（22）在室溫下攪拌1～2分鐘。然后加入固體結(jié)晶C16TAB（0.55克）室溫下繼續(xù)攪拌1～2分鐘，再過(guò)5分鐘渾濁的溶液成為無(wú)色透明。將足量的該溶液（pH＝9～10）輕輕倒入樣品槽，以確保厚度約為1mm。

（b）鈦（IV）的正丁醇（1克）被逐滴加入到大量過(guò)量的茶（6.7克），將混合物攪拌10分鐘，得到淡黃色的溶液轉(zhuǎn)移到樣品槽。然后CTAB（0.55克）加0.2gPEG,溶解在水中后輕輕倒入樣品槽的淺黃色溶液中(pH＝9～10)。

容器是密封的，在18～21℃下，靜置48～72小時(shí)直到可以觀察到空氣-水界面有薄膜形成。薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程中，與膜的底部接觸，它可以被轉(zhuǎn)移到一個(gè)玻璃基板中，以便進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。

3.結(jié)果與討論

對(duì)這兩種薄膜進(jìn)行X射線(xiàn)衍射（XRD），收集電子顯微鏡TEM圖像。結(jié)果顯示用CTAB制備的二氧化鈦薄膜，是非常薄的，脆弱的，分散的，在聚乙二醇的存在下制備的薄膜與CTAB制備的薄膜外觀十分相似。很難區(qū)分。

可以看出，2θ在低角度的主要峰，可用于薄膜的觀察。有明顯的反射歸因于層狀結(jié)，值得注意的是，兩個(gè)測(cè)量的d間距的膜無(wú)PEG（2.3nm）和含有PEG（2.4nm）都是小于兩倍的CTAB分子的長(zhǎng)度，兩個(gè)測(cè)量的d間距的膜無(wú)PEG（2.3nm）和含有PEG（2.4nm）變化不是很大。

圖1 二氧化鈦薄膜XRD

圖2 二氧化鈦薄膜的SEM

二氧化鈦薄膜在聚乙二醇存在下的掃描電鏡圖像（圖a）顯示，大量的自組裝二氧化鈦顆粒堆積在一起，薄膜表面滿(mǎn)是蠕蟲(chóng)狀孔隙， 顯然這是由堆積空隙所致。

4.結(jié)語(yǔ)

以CTAB為模板，在聚乙二醇?xì)庖航缑孀越M裝得到的二氧化鈦薄膜的顆粒呈蠕蟲(chóng)狀多孔結(jié)構(gòu)。從SEM圖像可以看出，這種方法制備的薄膜具有不規(guī)則的棒狀顆粒，在CTAB中加入PEG制備出的薄膜表面則是由更小的粒子組成，這是因?yàn)樵诳諝?水界面薄膜的納米顆粒可以與大分子有效相互作用[3]，即通過(guò)茶三羥基將二氧化鈦顆粒與PEG鏈連接。

所以，結(jié)構(gòu)表明，自組裝過(guò)程中，分子在界面的識(shí)別至關(guān)重要，組裝完成后其最終的結(jié)構(gòu)具有最低的自由能。

[1]胡成春.生存之源：探求新能源[M].北京：金盾出版社，科學(xué)出版社，1998.

[2]施惠生.材料概論 [M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[3]X. H. Liu, C. Kan, X. Wang, X. J. Yang and L. D. Lu, J. Am.Chem. Soc.