本文關(guān)鍵詞：APTES SAM制備過程及表面潤(rùn)濕性質(zhì)的分子模擬研究　出處：《浙江大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： APTES SAM 分子模擬 乙氧基水解 表面潤(rùn)濕 MS

【摘要】：3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES)自組裝單分子膜(Self-assembled Monolayer, SAM)由于表面擁有氨基在基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是迄今為止,文獻(xiàn)中對(duì)APTES SAM的制備和性質(zhì)爭(zhēng)議頗多,對(duì)其自組裝機(jī)制和內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍不清楚。論文使用Materials Studio 6.1軟件對(duì)APTES SAM的形成過程和表面潤(rùn)濕性質(zhì)進(jìn)行了分子模擬研究,揭示了APTES SAM的自組裝機(jī)制和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其對(duì)表面潤(rùn)濕性質(zhì)的影響。研究成果對(duì)APTES SAM的制備和研究具有重要意義。論文首先通過量子力學(xué)模擬揭示了APTES分子上三個(gè)乙氧基的水解機(jī)制和前后次序。研究表明,物理吸附到基底表面上的APTES分子上3號(hào)位乙氧基首先發(fā)生水解,生成的硅羥基立即與基底表面的羥基發(fā)生縮聚反應(yīng),共價(jià)鍵接固定到基底表面,隨后APTES分子上2號(hào)位和1號(hào)位乙氧基再依次發(fā)生水解,APTES分子水解過程中所涉及的反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,論文采用分子模擬技術(shù)構(gòu)建了可能存在的不同水解程度的APTES SAM結(jié)構(gòu)模型,并對(duì)不同結(jié)構(gòu)的APTES SAM表面潤(rùn)濕性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,對(duì)應(yīng)水解一個(gè)、二個(gè)和三個(gè)乙氧基的APTES SAM表面的理論初始接觸角分別為60°±30,50°±3°,40°±3°,水解兩個(gè)乙氧基的APTES SAM表面理論前進(jìn)接觸角為46°±30。其中,水解兩個(gè)乙氧基的APTES SAM表面接觸角的理論模擬結(jié)果與Zeng等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合,印證了Zeng等提出的在目前技術(shù)條件下制備的APTES SAM中APTES分子上三乙氧基只有1-2個(gè)發(fā)生水解的結(jié)論。論文還對(duì)酸性催化劑作用下氨基質(zhì)子化對(duì)APTES SAM成膜的影響和利用APTES分子在自組裝過程中乙氧基未完全水解所形成的空間位阻構(gòu)建均相混合SAM的可能性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究,揭示了氨基質(zhì)子化對(duì)上述過程的特殊影響。
[Abstract]:3-aminopropyltriethoxysilane. APTES) self-assembled monolayer Monolayer. SAM) has been widely used in basic research and engineering applications due to surface amino groups. However, the preparation and properties of APTES SAM have been controversial in the literature up to now. The self-assembly mechanism and internal structure are still unclear. This paper uses Materials Studio 6.1 software to analyze APTES. The formation process and surface wettability of SAM were studied by molecular simulation. The self-assembly mechanism and internal structure of APTES SAM and its influence on the surface wetting properties of APTES were revealed. The preparation and study of SAM is of great significance. Firstly, the mechanism and sequence of the hydrolysis of three ethoxyl groups on APTES molecules are revealed by quantum mechanical simulation. The ethoxy group at position 3 on the APTES molecule physically adsorbed on the substrate surface was hydrolyzed first, and the resulting silicon hydroxyl group immediately condensed with the hydroxyl group on the substrate surface, and the covalent bond was attached to the substrate surface. Then the reaction involved in the hydrolysis of APTES was spontaneous in turn at site 2 and position 1. On the basis of that, the reaction involved in the hydrolysis of APTES was spontaneous. In this paper, molecular simulation technique was used to construct APTES SAM structure model with different hydrolysis degree. The wetting properties of APTES SAM with different structures were studied. The theoretical initial contact angles of two and three ethoxyl APTES SAM surfaces are 60 擄鹵30 擄鹵3 擄50 擄鹵3 擄and 40 擄鹵3 擄respectively. The forward contact angle of APTES SAM surface for hydrolysis of two ethoxy groups is 46 擄鹵30. The theoretical simulation results of the surface contact angle of APTES SAM hydrolyzed by two ethoxy groups are in good agreement with the experimental results of Zeng et al. It is confirmed that the APTES prepared under the present technical conditions proposed by Zeng et al. Only 1 or 2 triethoxy groups on the APTES molecule in SAM were hydrolyzed. In this paper, the effect of protonation of Amino group on APTES under the action of acid catalyst was also discussed. The influence of SAM film formation and the possibility of constructing homogeneous mixed SAM by using the steric hindrance formed by the incomplete hydrolysis of APTES molecules in the process of self-assembly were studied experimentally and numerically. The special effect of aminoprotonation on the above process is revealed.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O647

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本文編號(hào)：1435165