ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐỖ TUÂN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MÀNG NANO
ALKANETHIOL TRÊN BỀ MẶT VÀNG (AU) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TỰ LẮP GHÉP PHÂN TỬ - SAM LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN KIÊN CƯỜNG
Hà Nội – 2011
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3
1.1 Màng mỏng tự lắp ghép SAM 3
1.1.1 Khái niệm cơ bản 3
1.1.2 Ưu điểm của màng mỏng SAM 6
1.1.3 Các sai hỏng trong cấu trúc SAM 7
1.2 Màng mỏng SAM-alkanethiol 8
1.2.1 Các tương tác trong quá trình hình thành SAM-alkanethiol 9
1.2.1.1 Liên kết giữa nhóm SH và vàng 9
2.3.3. Định lượng mật độ phân tử carboxylic của màng SAM 32
2.3.3.1. Phương pháp đường chuẩn 32
2.3.3.2. Quy trình thực hiện 34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1. Khảo sát bề mặt đế vàng 36
3.2.1. Hiển vi điện tử quét 36
3.2.2. Hiển vi lực nguyên tử 37
3.2.3. Nhiễu xạ tia X 37
3.2. Xác định liên kết Au-S và nhóm chức –COOH của màng 39
3.2.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR) 39
3.2.2. Phổ tán xạ Raman 41
3.3. Định lượng mật độ phân tử carboxylic của màng SAM 42
3.3.1 Xây dựng đường chuẩn của MB tại đỉnh hấp thụ 662nm 44
3.3.2 Tính toán định lượng 46
KẾT LUẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
SAM Self-assembled Monolayer
Màng mỏng tự lắp ghép
hoặc
Công nghệ tự lắp ghép phân tử
TGA Thioglycolic Acid Axít thioglycolic
MB Methylene Blue Xanh Mêthylen
FTIR
Fourier Tranform Infrared
Spectroscopy
Phổ hồng ngoại
AFM Atomic Force Microscopy Kính hiển vi lực nguyên tử
trưng của kỹ thuật tự lắp ghép phân tử. Sau đó, chúng tôi thực hiện định lượng
mật độ phân tử tự lắp ghép trên bề mặt màng bằng phương pháp xây dựng
đường chuẩn trắc quang, phương pháp này đồng thời cũng nhận diện được nhóm
chức hữu cơ phía trên bề mặt màng mỏng.
Nội dung luận văn bao gồm ba phần chính:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về công nghệ tự lắp ghép phân tử và các loại màng mỏng
tự lắp ghép, tập trung vào trọng tâm của luận văn này là màng mỏng alkanethiol
trên bề mặt vàng, về cơ chế hình thành, các điều kiện ảnh hưởng tới việc tạo
màng, ưu nhược điểm và một số ứng dụng của màng.
2
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
Trình bày quy trình công nghệ tạo màng SAM alkanethiol trên bề mặt
vàng, các phương pháp được sử dụng để khảo sát đế vàng là AFM, XRD và các
phương pháp nghiên cứu khảo sát màng SAM nhận được bao gồm Raman,
FTIR, xây dựng đường chuẩn trắc quang.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đánh giá màng SAM thu được dựa trên các kết quả phân tích, kết luận độ
chính xác của các phương pháp dùng để khảo sát màng và đưa ra các hướng phát
các thành phần cho trước. Mặt quan trọng nhất của phương thức này là các liên
kết không hóa trị được sử dụng để lắp ghép tạo nên cấu trúc của hệ. Các liên kết
có thể tái định hình ở xung quanh nhiệt độ phòng để tìm ra một trạng thái tối ưu
về năng lượng.
Phương thức này đem lại khả năng sửa chữa những sai hỏng và giảm đáng
kể khả năng hình thành các sản phẩm không mong muốn. Vì nếu các thành phần
được cố định vĩnh viễn với nhau thì khi chúng va chạm, chúng sẽ hình thành
một bề mặt giống như thủy tinh chứ không phải là một tinh thể hoặc một cấu
trúc có trật tự nào đó, do vậy rất dễ dẫn tới việc hình thành các sai hỏng [4]. Vì
sự tự lắp ghép yêu cầu các thành phần có độ linh động phù hợp để lắp ghép
thành các hình khối cân bằng và có trật tự, nên nó thường hình thành trong pha 4
lỏng, đặc biệt trong trường hợp tự lắp ghép theo mẫu cho trước – sự tự lắp ghép
được hình thành ở trên mặt phẳng [5].
Bề mặt trần của kim loại và oxít kim loại có xu hướng sẵn sàng hấp phụ
các vật liệu hữu cơ ngoại lai khi chất bị hấp phụ có năng lượng tự do thấp hơn
năng lượng của tương tác giữa kim loại hoặc oxit kim loại với môi trường xung
quanh [4]. Các chất bị hấp phụ cũng thay đổi tính chất lớp tiếp giáp và có thể có
ảnh hưởng đáng kể lên tính bền vững của cấu trúc nano của kim loại và oxít kim
loại: vật liệu hữu cơ bị hấp phụ có thể phản ứng như một rào vật lý hoặc rào tĩnh
điện ngăn cản sự kết hợp với các thành phần bên ngoài, giảm khả năng phản ứng
của các nguyên tử kim loại hoặc oxít kim loại ở bề mặt, hay hoạt động như một
màng ngăn điện tích,v.v. Các chất hữu cơ này bám trên bề mặt kim loại hoặc
oxít kim loại hình thành một màng mỏng gọi là màng mỏng tự lắp ghép SAM
(self-assembled monolayers).
cứu về nhiễu xạ đã chứng minh rằng các phân tử SAM đã lắp ghép theo dạng
tinh thể [11] (hình 1b). Sử dụng lý thuyết cơ học phân tử, các nhà khoa học đã
tìm ra hai mô hình tối thiểu năng lượng giúp hình thành SAM bền vững, tương
ứng với hình dáng thể hiện ở bên trái và bên phải hình 1a và 1b [12].
Ta có thể hiểu một cách cơ bản về màng mỏng tự lắp ghép SAM: là một
màng mỏng đơn lớp được hình thành bằng cách tự lắp ghép có quy luật trên bề
mặt của thể rắn. Màng mỏng hữu cơ hình thành dựa vào cấu trúc của phân tử
hữu cơ. Hình 1 là cấu trúc màng SAM và phân tử hữu cơ tạo màng. Cấu trúc này
bao gồm 3 thành phần cơ bản như hình 2 [1]:
• Thứ nhất là phần đầu (head group), đây là phần quan trọng nhất, phần này
có khả năng hấp thụ tạo liên kết với bề mặt của đế phủ, là tiền đề then
chốt để tạo thành màng mỏng nanô đơn lớp.
• Phần thứ hai là phần đuôi (tail), thường là mạch alkyl dài, chính nhờ cấu
trúc mạch alkyl này đã tạo được màng mỏng nanô do lực liên kết van der
Waals.
• Phần cuối là nhóm chức năng (functional group) đóng vai trò hoạt hoá bề
mặt màng mỏng nanô. Nhóm chức năng này được gắn ghép vào thành
phần phân tử hữu cơ tuỳ theo nhu cầu ứng dụng của màng mỏng.
6Hình 2. Cấu tạo màng SAM và phân tử hữu cơ tạo màng.
chất hút bám tổ chức tự động tạo nên cấu trúc tinh thể (hoặc bán tinh thể) 2
chiều. Các phân tử hoặc ligands hình thành SAM có một nhóm chức hóa học
(còn gọi là “headgroup”), với ái lực đặc trưng với đế; trong nhiều trường hợp,
nhóm đầu cũng có ái lực cao so với đế và thay thế vật liệu hữu cơ bám vào ngẫu
nhiên trên bề mặt. Hầu hết các nghiên cứu về SAM bắt nguồn từ sự hút bám của
alkanethiol trên bề mặt vàng, bạc, đồng, bạch kim, platinum và thủy ngân [13].
Ái lực cao của Thiol với bề mặt các kim loại giúp tạo các bề mặt hữu cơ tốt với
các nhóm chức có khả năng biến tính hóa học cao ở bề mặt.
1.1.3 Các sai hỏng trong cấu trúc SAM
Nguyên nhân của những sai hỏng của màng SAM bao gồm cả những yếu tố
bên trong và bên ngoài màng như độ sạch của đế, phương pháp điều chế đế hay
độ tinh khiết của dung dịch tạo SAM, và cả sự phức tạp trong cơ chế hình thành,
dẫn tới tạo thành các pha khác nhau trong SAM.
Hình 6. Mô tả nguyên nhân một số sai hỏng của SAM trên đế đa tinh thể.
Các sai hỏng của SAM gây ra do một số nguyên nhân sau:
1) Sai hỏng do hình thái và cấu trúc đế: Vì màng SAM gắn trực tiếp vào
các nguyên tử của đế nên tất nhiên các sai hỏng hoặc sự thay đổi cấu trúc của đế
sẽ gây ra các sai hỏng của màng SAM, vốn được xây dựng trên lý thuyết là một
“tinh thể 2 chiều”. Các sai hỏng của SAM do đế gây ra gồm sự xuất hiện của sai
hỏng trong đế, sự không phẳng của bề mặt đế, sự thay đổi cấu trúc liên tục trong
đế đa tinh thể, v.v.
n, và
nhóm đuôi bất kỳ (X). Thiol
trên bề mặt vàng là mô hình phù hợp và phổ biến nhất của SAM do: các tiền
chất là vật liệu dễ tổng hợp, sự hình thành sự lắp ghép xảy ra một cách rõ ràng
và bề mặt đế tương đối trơ về mặt hóa học [1]. Đế vàng định hướng (111) có
năng lượng bề mặt rất thấp, do đó nó cũng có thiên hướng tự hình thành bề mặt
phẳng trong quá trình chế tạo màng mỏng vàng [16].
Hợp chất alkanethiol có lực liên kết rất mạnh trên bề mặt của kim loại như
vàng, bạc, đồng, bạch kim, v.v. trong đó kim loại được sử dụng nhiều nhất là
vàng [13]. SAM hình thành rất dễ dàng trên bề mặt vàng, bề mặt vàng dễ nhận
được từ phương pháp bốc hơi chân không, phương pháp phún xạ, phương pháp
mạ điện. Mặt khác, bề mặt vàng rất bền vững môi trường, nó không bị oxy hoá
dưới nhiệt độ nóng chảy, bền vững môi trường và hoá học. Ngoài ra có rất nhiều
thiết bị để xác định độ dày màng mỏng vàng đã được chế tạo, vì vậy rất thuận
lợi cho việc nghiên cứu. Bạc và đồng cũng là những kim loại được nghiên cứu
nhiều nhưng vì chúng dễ bị oxy hoá trong không khí nên hai kim loại này ít
được sử dụng. Ngược lại bạch kim (Pt) hiện tại chưa được nghiên cứu nhiều,
nhưng triển vọng lớn vì ngoài tính bền vững không bị oxy hoá trong không khí, 9
nó còn được sử dụng làm xúc tác, vì vậy trong tương lai sẽ được nghiên cứu
nhiều.
Đơn lớp hình thành từ nhóm chức alkanethiol trên bề mặt kim loại là
hướng đi chính của các nghiên cứu mang tính cơ bản và rộng hơn là cả công
nghệ tự lắp ghép phân tử. Một số lượng lớn các ứng dụng của các lớp này có thể
thấy là bảo vệ sự mài mòn, thay đổi tính thấm ướt, tính ma sát, ứng dụng trong
2( ).
n n
RS SR Au RS Au Au
− +
−
− +
(1)
10
Trong trường hợp của alkanethiol, phản ứng có thể coi như một phản ứng
oxy hóa của liên kết S-H với bề mặt vàng, bằng cách loại hydro. Khi một bề mặt
vàng sạch được sử dụng, các protons có thể tái hợp hình thành phân tử H
2
.
0 0
1 2
1
.
2
n n
R S H Au R S Au Au H
− +
−
− − + − +
(2)
Phản ứng là thuận nghịch hoàn toàn, và sự tái phân tách của disulfide là một quá
trình hoạt hóa với rào năng lượng khoảng 30kcal/mol. Năng lượng này cho thấy
một mức độ khá đáng kể hạt tải chuyển tới sulfur phải có mặt trong thiol - một
suy luận mà đã được hỗ trợ bởi các kết quả tính toán lý thuyết [21]. Sử dụng các
phương thức thí nghiệm khác nhau, Scoles và cộng sự cũng đã nghiên cứu năng
lượng liên kết của một vài chất bám dính organosulfur trên Vàng, và các nghiên
cứu đó chỉ ra rằng với trường hợp SAMs có cấu trúc thiol, năng lượng liên kết
gần tương đương với giá trị tính được ở trên [22]. 11Phương pháp tiếp cận động lực học khác cho thấy bản chất phức tạp của
nhiệt động lực học của sự tương tác liên kết kim loại lưu huỳnh. Ví dụ, nhóm
nghiên cứu của Whitesides và Liu cùng đưa ra các thí nghiệm phân tách SAMs
nhúng trong một dung môi [5, 23]. Các động học của các quá trình này có thể
được mô hình bằng cách sử dụng phương trình tốc độ thông thường, và các mô
hình này cho thấy những rào thế cho quá trình phân tách thấp hơn một chút hơn
giá trị thu được từ các phép đo tốc độ phân tách trong môi trường chân không
cao (ultra high vaccum – UHV) (~ 20-25 kcal / mol). Schlenoff sử dụng phép đo
điện hóa để cung cấp một phân tích chi tiết của các năng lượng liên kết thiol /
thiolate / disulfide và các rào cản sự phân tách SAMs khỏi vàng [24]. Được đặc
biệt quan tâm là ước lượng rào thế cho sự tái phân tách của một alkanethiol từ
SAM trên bề mặt vàng trong trường hợp của dialkyl disulfide là ~ 15kcal/mol.
Giá trị thấp hơn khoảng 2 bậc so với các nghiên cứu ở pha khí.
Lưu ý rằng, mặc dù, hai nguồn năng lượng không thể so sánh trực tiếp
nhưng cũng thể hiện rằng nó cũng bao gồm những sự đóng góp của nhiệt phân
hủy của chất bám dính cũng như nhiệt độ nhúng của đế trong dung môi. Thực tế
biệt:một bước rất nhanh, chỉ mất vài phút, dấu hiệu kết thúc của quá trình này là
góc thấm ướt (góc liên kết với nước) gần tới giá trị giới hạn và độ dày đạt
khoảng 80-90% giá trị tối đa, và bước thứ hai xảy ra chậm, mất vài giờ sau đó,
kết thúc khi độ dày và góc thấm ướt đạt tới giá trị tối đa [33].
Bước đầu tiên có thể được mô tả bằng quá trình hấp phụ phụ thuộc vào sự
khuyếch tán, được cho là phụ thuộc mạnh mẽ vào nồng độ của thiol. Với dung
dịch 1mM, bước đầu tiên có thể đạt được sau khoảng 1 phút, trong khi cần tới
100 phút khi sử dụng nồng độ 1µM [33]. Bước thứ hai được coi như quá trình
tinh thể hóa bề mặt, trong đó các đuôi alkyl thoát ra khỏi trạng thái hỗn độn và
được xếp vào các ô đơn vị, giúp hình thành tinh thể hai chiều. Do đó, động học
của quá trình thứ nhất bị khống chế bởi tương tác đế - nhóm đầu (AuS), trong
khi động học của quá trình thứ hai liên quan tới các thành phần khác nhau của
tương tác chuỗi - chuỗi (lực van der Waals, tương tác lưỡng cực – lưỡng cực,
v.v.), và sự linh động trên bề mặt của các chuỗi [14]. Thực nghiệm chứng minh
rằng, quá trình tự lắp ghép sẽ xảy ra nhanh hơn với các alkanethiol có chuỗi
alkyl dài, có thể được giải thích là do sự tăng lên của lực van der Waals [33].
Khuyếch tán nhiệt của các thiol trên bề mặt Au(111) có thể do mặt thế năng
tương đối phẳng (xem phần các lực tương tác). Các tính toán lý thuyết chỉ ra
rằng ở vị trí hollow trên bề mặt Au(111), điện tích của sulfur là ~ -0,4e, trong
khi ở vị trí on-top, điện tích này vào khoảng -0.7e [12]. Sự dịch chuyển giữa các
vị trì hollow cạnh nhau có thể thực hiện thông qua vị trí on-top hoặc vị trí trung
gian giữa on-top và hollow, có thể thấy ở hình 7. Ở mỗi tọa độ x,y (đơn vị là bất
kỳ), năng lượng tương tác là tối ưu. Năng lượng tối đa mô tả các vị trí on-top (S
nằm trên một nguyên tử Au), năng lượng tối thiểu mô tả các vi trí hollow (S nằm
giữa 3 nguyên tử Au), và các điểm yên ngựa mô tả các vị trí trung gian. 13
trong các loại dung môi khác nhau. Sự hòa tan cả các thành phần cần đủ lớn để
ngăn chặn sự phân tách pha, sự phân tách này có thể dẫn đến các phản ứng lạ
không mong muốn ảnh hướng tới nồng độ của thiol [12].
Như hình 1b, hai kiểu hình thành SAM alkanethiol có thể thực hiện ổn định
ở nhiệt độ phòng. Sử dụng phương pháp mô phỏng động học phân tử, Sellers và
các cộng sự đã tìm ra hai mức tối thiểu trên mặt thế năng của cấu hình liên kết,
thể hiện theo thứ tự ở bên trái và bên phải hình 1b. Phương thức hấp phụ hóa
học ở phía trái tỏ ra bền vững hơn với năng lượng liên kết khoảng 26meV
(295k
B
T), và rào năng lượng giữa 2 phương thức là 0.11eV [12]. Do vậy các
đơn lớp có thể bao gồm 2 cấu hình lắp ghép khác nhau trong các vùng khác
nhau [12].
Các vùng cũng có thể hình thành SAM 2 thành phần khi năng lượng tự
tương tác trong mỗi thành phần lớn hơn lực tương tác giữa chúng. Sự hình thành
các vùng có thể dẫn tới sự chia tách pha, và xuất hiện sự chênh lệch năng lượng
ở mặt phân cách dẫn tới xuất hiện ứng suất tại đường phân cách giữa các vùng
[23].
Trong suốt thời gian Au(111) được nhúng trong dung dịch thiol, các hốc
lõm trên bề mặt Au-SAM có đường kính lên tới ~10nm có thể hình thành ở
bước hấp phụ phụ thuộc vào sự khuyếch tán. Các vùng bị khuyết này hình thành
khi một số lượng lớn thiol trong một vùng nhất định có liên kết tỏa nhiệt giải
phóng đủ năng lượng tự do để phá vỡ liên kết Au-Au trong vùng đó, đưa những
nguyên tử vàng đã gắn với Thiol vào dung dịch [34].
Phần thế năng của năng lượng tự do giải phóng ra được tính toán như sau.
Dựa trên các phần cơ bản của các năng lượng liên kết của RS-H, H
Các phương thức chung nhất để chế tạo SAM trên đế vàng, bạc, bạch kim,
thủy ngân và các vật liệu khác là nhúng một đế mới hoặc đã làm vào dung dịch
ethanol loãng (trong khoảng 1nM tới 10mM) trong 12-18 tiếng ở nhiệt độ
phòng. Cách này được sử dụng rộng rãi và bắt đầu từ các nghiên cứu đầu tiên
của SAM; chi tiết thực nghiệm là kết quả từ sự kết hợp các nghiên cứu được
thiết kế để tối ưu sự tái sản xuất của SAM thành phẩm và sự tiện lợi [23]. Các
vùng có mật độ cao của các chất hút bám nhanh chóng được hình thành từ dung
dịch trong khoảng từ vài milli giây tới vài phút, nhưng quá trình tái tổ chức
chậm đòi hỏi thời gian lắp ghép vài giờ để tăng tối đa mật độ phân tử và giảm
tối thiểu sai hỏng trong SAM. Tuy nhiên, một số thành phần của thí nghiệm có
thể ảnh hưởng tới cấu trúc của SAM thu được và tốc độ hình thành: dung dịch,
nhiệt độ, nồng độ của chất bám, thời gian nhúng, độ sạch của chất bám, nồng độ
oxy trong dung dịch, độ sạch của đế, và chiều dài chuỗi (hay nói chung hơn là
cấu trúc chất bám).
Trên thực tế, hầu hết các điều kiện thí nghiệm tổng hợp SAM đem lại lớp
tiếp giáp hữu cơ với các chức năng mong muốn. Các đặc tính này được chấp
nhận cho một vài ứng dụng của SAM, nhưng các nghiên cứu cơ bản về các tính
chất nào đó của vật liệu như tính thấm ướt, tính gặm mòn, tính ma sát, và quá
trình truyền hạt tải yêu cầu một kiến thức về khả năng giảm thiểu sai hỏng của
SAM và tối ưu sự lắp ghép trong các hệ này. Hiệu ứng trong đó một vài thông
số, như thời gian nhúng, nồng độ chất bám, và chiều dài chuỗi, có trong cấu trúc
và các tính chất của SAM được biết đến rất ít, nhưng còn các vấn đề khác còn ít
được biết đến nhiều hơn (lựa chọn chất hòa tan, nhiệt độ). Chúng ta tóm tắt
những hiểu biết hiện tại xác định bởi các thí nghiệm cụ thể hoặc bằng kinh
nghiệm về các thông số này.
1.2.3.1 Dung môi
hữu cơ không phân cực có tổ chức kém hơn SAM hình thành trong Ethanol [23].
Dung môi ít chất lỏng phân cực của n-alkanethiol có vẻ như sẽ giảm số
lượng một vài sai hỏng trong SAM (lắp ghép hình dạng, các vùng không
bám,…) và tăng các đơn lớp xếp chặt [38-41]. Tính hòa tan thấp của thiol trong
các dung môi này và đoạn nhiệt thấp của sự hút bám cho các dung môi này (đó
là, nhiệt của các tương tác thêm vào của các phân tử dung môi với bề mặt, ví dụ,
nhiệt hấp thụ mỗi nhóm methylene hoặc alcohol) có thể dùng để tách các thiol ở
bề mặt kim loại và do đó sẽ hiệu quả hơn trong quá trình lắp ghép chúng. SAM
với ít sai hỏng hình dạng và pinhole cũng có thể hình thành từ dung dịch chứa 17
nước gồm các hạt micell của kim loại hoặc chất hoạt tính bề mặt phi kim loại
[38-41]. Nói chung, các nghiên cứu về ảnh hưởng của dung môi lên các mẫu của
SAM của alkanethiol trên vàng chỉ ra rằng lựa chọn dung môi chính xác là rất
quan trọng để đem lại chất lượng cuối cùng của SAM lắng đọng từ dung dịch,
nhưng vẫn còn những yêu cầu quan trọng trong việc tìm ra cụ thể những vấn đề
chưa sáng tỏ của tương tác phức tạp và luôn biến đổi xảy ra giữa dung môi, bề
mặt và các chất hút bám trong suốt quá trình hình thành SAM.
1.2.3.2 Nhiệt độ
Hình thành SAM ở nhiệt độ trên 25
o
C có thể tăng động lực học của sự hình
thành và giam số lượng sai hỏng của chúng [42, 43]. Nhiệt độ tăng cũng làm
tăng tốc độ tách ra của các vật liệu ngoại lai và các phân tử trong dung dịch bám
vật lý lên bề mặt của đế và làm cho hệ vượt qua rào thế để đạt được các quá
hồng ngoại RAIRS (Reflection Absorption Infra Red Spectroscopy)) không thay
đổi đáng kể khi sử dụng dung dịch thiol với nồng độ khoảng 1mM hơn 12-18h. 18
Các phương pháp đo điện hóa [23], hiển vi quét xuyên hầm STM (Scanning
tunneling spectroscopy) [47], và phổ hấp thụ phản xạ hồng ngoại RAIRS [48]
chỉ ra rằng cấu trúc của SAM có thể tiếp tục phát triển với thời gian nhúng trong
khoảng 7-10 ngày. Các kết quả này thể hiện rằng sự bao phủ bề mặt tăng lên với
thời gian nhúng dài và dẫn tới 2 hệ quả: (1) số lượng sai hỏng pinhole trong
SAM giảm và (2) sai hỏng hình dạng của chuỗi alkane giảm. Thời gian điển
hình cho phép hình thành (12h-18h) là thích hợp cho các thí nghiệm, nhưng với
một vài ứng dụng, thời gian hình thành tới nhiều ngày có thể tăng khả năng
nghiên cứu của các thí nghiệm tiếp theo sử dụng SAM, ví dụ như nghiên cứu sự
truyền điện tử qua SAM [49].
1.2.3.4 Độ tinh khiết của thiol
Tạp chất thường thấy nhất trong thiol là disulfides – một sản phẩm của sự
oxi hóa. Các thí nghiệm chỉ ra rằng lượng các vật liệu này (<5%) không cản trở
quá lớn tới sự hình thành hoặc làm thay đổi cấu trúc của SAM
[23, 50]. Tuy
nhiên các disulfides thường ít hòa tan hơn các tiền chất thiol của nó; sự giảm
khả năng hòa tan có thể dẫn tới sự hấp thụ vật lý của các vật liệu này và làm
thay đổi tính chất vật lý của SAM [50]. Các chất tạp oxi hóa, phân cực
(sulfons, ) có thể được loại bỏ bằng cách lọc thiol qua tiền chất alumina trước
khi sử dụng [50, 51].
1.2.3.5 Lượng oxy trong dung dịch
3. Vàng là kim loại khá trơ về mặt hóa học: nó không bị oxy hóa ở nhiệt độ
dưới điểm nóng chảy, không tương tác với oxy trong khí quyển; không
tương tác với hầu hết các chất hóa học thường dùng. Các tính chất này
giúp ta có thể thao tác mẫu dưới điều kiện khí quyển thay vì dưới điều
kiện chân không cao - rất thuận tiện cho những thí nghiệm trong điều kiện
“không sạch”, ví dụ như vi chế tạo (micro fabrication) (có môi trường làm
việc bên ngoài phòng sạch) và sinh học tế bào. Vàng liên kết với thiol với
ái lực cao, và không chịu bất kỳ phản ứng bất thường nào. Thiol có ái lực
cao với vàng, chúng cũng dễ dàng thay thế các vật liệu bám ngẫu nhiên
lên bề mặt một cách dễ dàng, là điều kiện tiên quyết giúp hình thành
SAM ít sai hỏng.
4. Màng mỏng vàng thường là đế sử dụng cho một số loại kính hiển vi và
trong các kỹ thuật phân tích, gồm cộng hưởng plasmon bề mặt SPR
(Surface plasmon resonance), cân bằng vi lượng thạch anh QCM (quartz
crystal microbalances), phổ hấp thụ hồng ngoại, và ellipsometry. Đặc tính
này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng của SAM làm tiếp giáp cho các
nghiên cứu trong sinh học.
5. Vàng tương thích với tế bào, tức là các tế bào có thể bám vào và biến tính
bề mặt mà không sợ bị nhiễm độc. SAM hình thành từ Thiol trên vàng ổn
định trong chu kỳ vài ngày tới vài tuần khi tiếp xúc với các môi trường
chất lỏng phức tạp trong các nghiên cứu về tế bào.
20
1.3 Ứng dụng của màng SAM
của màng mỏng.
1.3.2 Làm rào chắn sự truyền điện tử
Quá trình truyền điện tử từ nơi này tới nơi khác sử với khoảng cách
nanomet (1-100nm) là nguyên tắc cơ bản của quá trình ôxy hoá khử rất quan
Copyright: Tài liệu đại học ©