表面微觀結構調控介孔孔道研究

多層介孔薄膜孔道的可控取向

 

帶有孔道取向的圖形化介孔薄膜

 

物質與外界的相互作用是通過表面來進行的，除了化學成分之外，表面微觀結構也是影響物質表面特性的重要因素，如荷葉表面的自清潔功能，雄性孔雀尾部羽毛呈現出絢麗多彩的色彩都得益於表面微觀結構。固體表面有序納米結構對與其接觸的外界微觀物質的智能化調控正成為納米技術、物理、化學、生物等多學科交叉的一個最新的研究領域。

 

最近，路慶華教授課題組在探索表面微觀結構調控介孔孔道方面有重大突破。該研究成果被最新一期《美國化學會志》（JACS）以快訊方式發表（DOI: 10.1021/ja8003254），該雜誌是化學領域最知名的雜誌。課題組首先通過表面納米溝槽各向異性調節表面活性劑（液晶模板分子），由液晶模板分子將規整性信息傳遞給介孔孔道，從而方便地實現了介孔薄膜孔道的全程有序（Langmuir; 2008; 24(17); 9695-9699）。在此基礎上課題組進一步利用更簡單的氣流法控制液晶模板分子的取向，從而又擺脫了基片襯底的要求，在國際上首次實現了多層介孔薄膜孔道的多向全程控制，該項研究成果為介孔薄膜器件，如薄膜太陽能電池、微傳感器、微晶片及光學器件的研究和開發開闢了新的通道。

 

有序介孔材料是上世紀90年代迅速興起的新型納米結構材料，它一誕生就得到國際物理學、化學與材料學界的高度重視，並迅速發展成為跨學科的研究熱點之一。由於其具有孔道大小均勻、排列有序、孔徑可調節等特性，因此，在分離提純、生物材料、催化、新型組裝材料方面將得到巨大的應用。遺憾的是介孔材料在最能發揮其優勢的薄膜器件方面遲遲不能獲得突破，原因是有序介孔材料實際上只是多籌有序，不能滿足薄膜器件全程有序的要求。

 

路慶華教授領導的課題組長期從事聚合物表面有序納米結構對與其接觸的外界微觀物質的智能調控研究。先後實現了對有機分子（液晶分子）的取向調控，提出新的液晶取向機制和方法；對水滴各向異性調控，提出表面各向異性潤溼性機制和控制條件；對具有生命特徵的複雜體系——細胞進行調控，發現尺寸在幾十微米的細胞對幾個納米尺度的微觀結構非常敏感，能夠通過表面設計有效控制細胞的生理活動。（來源：上海交通大學）

 

（《美國化學會志》（

JACS

），130 (44), 14356–14357, 2008. 10.1021/ja8003254，Bin Su, Xuemin Lu, and Qinghua Lu）