聚苯乙烯小球二维自组装.docVIP

摘要：采用聚苯乙烯小球（500nm），通过气液界面组装法，使小球在液面上形成单层有序的排列，再将有序阵列转移到硅片上。在电子显微镜下，可以看到小球局部的有序排列。再通过改善制备条件，如硅片亲水性，试剂的比例，使小球在硅片上形成大面积的有序排列。 关键字：聚苯乙烯、自组装、亲水性 一、 原理 自组装是指特定的构造单元 ()通过某些非化学键作用自发地结合起来并构造成更为复杂的高级结构。利用特定条件下单分散胶体粒子的简单自组装可以较为方便地合成出具有密堆积结构的二维或三维胶体晶体。 在本文中，我们采用气液界面组装法，PS小球（500nm）通过铺展剂乙醇铺展到气液界面上，小球有部分浸入液面以下，由于乙醇的扩散作用以及水的表面张力，使小球形成单层结构，小球间较强的相互吸引作用使它自发形成有序排列。然后将这个有序阵列转移到硅片或者玻片上。 二、仪器与试剂 电子扫描显微镜、超声波清洗仪、表面皿、胶头滴管、烧杯、聚苯乙烯小球（7.5%）、表面活性剂、乙醇、甲醇。 三、实验过程 实验准备： 1、硅片表面清洗：为了改善硅片表面亲水性，需要进行表面处理。用氨水、双氧水溶液对硅片进行浸泡。清洗完后吹干备用。 2、配制小球溶液：滴取小球原溶液（浓度为7.5%），加入体积两倍的铺展剂乙醇。再进行超声处理，使小球充分融入乙醇。 实验操作： 1、在硅片上滴两滴小球溶液，使溶液均匀铺展在硅片上 2、将硅片慢慢倾斜地放入水中，使小球在水面上自组装形成单层有序排列 3、再在水中添加表面活性剂，使小球更加紧密排列。 4、将另一硅片放入水中，用提拉法把小球排列转移到硅片上来，然后让硅片上水自然蒸发，小球就在硅片上形成一层薄膜。 四、注意事项 1、改善亲水性 通过测量发现，玻片亲水性比硅片亲水性要好，所以用玻片代替硅片将小球铺展到水面，再用硅片把小球薄膜捞起来。可用双氧水与氨水混合浸泡，或用咩野仪器改善玻片、硅片亲水性。 乜嘢仪器呢，下回分解。 2、使用大器皿 大器皿中铺展能有更多的空间让小球自组装，小球排列更加有序。 3、均匀放入提拉 小球铺展的时候应该均匀放入，让小球匀速扩散，避免不匀速而出现裂痕。硅片捞小球的时候也应该水平均匀提拉，否则水的拉力会破坏小球的有序排列。可设计一个器械使硅片水平拉出水面 4、调整表面活性剂的浓度，使小球能更好地排列。 5、 超声均匀时要避免聚苯乙烯小球温度过高而发生反应，超声可在冰水中进行。 五、影响因素 小球的有序排列主要受铺展剂浓度（甲醇、乙醇）的影响，把握好铺展剂浓度非常重要。 铺展剂乙醇的浓度 取小球原溶液若干滴，进行离心。离心后吸出水溶液，加入乙醇。通过对比乙醇与原溶液中水的不同比例，进行几组实验，比例1:1、1：2、1:3、1:4、1:5。发现乙醇比例越小，乙醇挥发越慢，小球扩散速度越小，小球积聚一起，容易下沉。乙醇比例越大，乙醇挥发越快，小球扩散速度越快，小球过于分散，难以形成有序的二维排列结构。得出以浓度为1:3最佳 （乙醇比例大） （比例为1:3） 2、在乙醇中添加甲醇的浓度 通过实验发现，铺展剂只用乙醇会使小球扩散太快，以至于小球间出现裂纹，为了改善这种情况，可以再在乙醇中再加入甲醇，减慢扩散速度。通过几组实验的对比，乙醇，甲醇的比例为3:2为最佳。 乙醇 甲醇比例为3:2 铺展剂乙醇中水的比例 实验得出，甲醇改善的效果不理想，改为加入水。原溶液不进行离心，直接加入乙醇。通过几组实验，得出加入两百乙醇，效果最理想。 结论：实验发现，直接在原溶液中加入两倍乙醇，就已经可以得到非常好的效果。