利用Langmuir-Blodgett技术构筑表面微结构的方法(2)

由于表面纳/微结构在微电子和生物学等领域有着广泛的应用前景,其构筑方法引起了人们越来越多的关注。目前已经发展出了多种表面纳/微结构的构筑方法,然而在大面积上构筑表面结构仍然是一个非常重要的研究课题。自组装技术作为一种无模板的构筑方法,在这方面发挥了重要作用。

第6期

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黄春玉等　利用Langmuir

2Blodgett技术构筑表面微结构的方法 853

法等。与此同时,由于结构化的组装薄膜不仅可[2][3,4]

以用来作构筑纳米结构的掩模或模板,而且可以和其它的仪器、技术结合构筑纳米材料,因此基于组装薄膜的微结构构筑方法的研究日益深入。目前已经发展出一系列构筑结构化组装薄膜的方[5—8][9]法,包括软刻蚀技术(微接触印刷)、蘸水笔直写技术和近场光刻技术、扫描探针刻蚀技[12—15]术等。它们分别基于预先设计好模板(或图案),或者通过预先编写的图案程序来得到纳Π微结构。然而,在大面积基底上简单、廉价、高效地构筑功能纳Π微结构仍然是一项巨大的挑战。

LB技术是一种在固体表面组装薄膜的经典而有效的方法。其制备方法通常是把两亲性分子溶解到易挥发、不溶于水又不与水反应的溶剂中,量的这种溶液铺展到水表面。,,,进行多次转移,,大多数LBLB膜

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的制备及其性质的研究上,如非线性光学性质、压电性质、热电性质、半导体性质和传感性[20]

能等,但膜本身的质量和稳定性阻碍了它的应用。

LB技术构筑微Π纳结构作为一种无模板技术,其纳Π微结构的形成与被转移材料和转移条件等密切相关。近年来,有关利用LB方法构筑规则微米、亚微米甚至纳米级表面结构的报道数量呈上升趋势。到目前为止,已经可以用LB方法构筑条带、线

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状、岛状结构,甚至还可以构筑三维结构。这些工作在一定程度上扩展了LB组装技术的应用领域,而且为解决表面微结构构筑方面的问题提供了有效方法。本文将从用LB技术构筑不同表面结构出发,介绍这一领域目前的研究进展。

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在转移过程中的不稳定性、转移过程中弯月面(meniscus)的自振荡作用或者是混合膜体系在转移过程中发生的相分离。

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Vollhardt等用LB技术转移花生酸时发现,用

2+

pH=517的Cd的水溶液作亚相,将制得的LB膜用环己烷固化(skeletonization)之后得到了垂直于转移方向深度为6nm的规则条带结构(图1)。这种条带的形成原因在于LB膜转移过程中的不稳定性,这是由花生酸Π用的结果。LB的距离,(如表1

。

图1　固化的LB膜条带结构:(a)相移干涉显微镜

(PSIM)照片;(b)原子力显微镜(AFM)照片[22]

Fig.1　StripewisepatterninaskeletonizedLBfilm:(a)PSIM

[22]image;(b)AFMimage

表1　用相移干涉显微镜测得的沟槽间平均距离[22]

Table1　AveragedistancebetweenthemaingroovesmeasuredwithPSIM

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dippingspeed(mmΠmin)375±14

5142±25

8(315)

μdist.betweenmajorgrooves(m)

　　我们用LB技术制备了二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)的规则条带结构,其形成的主要原因在于Langmuir2Blodgett膜在转移过程中的亲湿不稳定

性。由于表面张力的作用,水和固体基底的接触线(三相接触线)通常要比水面高几毫米,这也就决定了弯月面的静态高度。由于转移过程很大程度上

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取决于两亲性分子和基底的相互作用,这种强相互作用决定了分子的快速吸附,导致表面能的降[25]

低和接触角的增大,于是弯月面的高度就会降[26]

低;另一方面,由于基底的持续向上提拉作用,使弯月面的高度趋向于超出它的平衡状态,导致分子

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在基底上的加速吸附。这样,两种动态的作用同时发生,导致了弯月面高度的动态振荡。我们利用DPPC分子在转移过程中发生的亲湿不稳定行为,在低表面压力和恒定的温度下,快速提拉云母或硅基底,就可以在表面形成规则的亚微米级条带结构

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2　研究进展

近年来,已有多种用LB技术构筑表面微结构的方法出现。对于传统的以两亲性分子作为研究体系的构筑方法而言,依据构筑的结构不同,可以分为条带结构、岛状结构及纳米线状结构等。此外,近年来构筑结构的材料也不仅限于分子,已经扩展到了纳米粒子和纳米线等材料。下面将分别介绍。2.1　以分子为构筑材料2.1.1　条带结构的构筑

LB技术构筑条带结构的原理大多是基于LB膜