自支持超薄膜的制备及其物性研究

本立项基于申请人已报道的在气/水界面利用双亲分子自组装制备有机自支持超薄膜（厚度<100纳米）的新方法，以该有机自支持超薄膜为衬底，通过物理或化学沉积的方法制备无机自支持超薄膜；基于对该有机超薄膜的成膜分子结构和分子间作用力的研究，通过分子设计，制备有机/无机复合自支持超薄膜；开发以原子力探针为代表的表征手段，研究膜的结构包括膜厚、孔隙率、表面形貌等因素与膜的机械强度、光电性质的关系，理解自支持超薄膜的二维物性；探索非水溶液气/液界面成膜体系，解决气/水界面体系中成膜面积小（微米尺寸）、成膜分子有限等问题，制备大面积（厘米尺寸）、厚度精确可控、高机械强度且耐热的自支持超薄膜。本项目对于拓展自支持超薄膜的制备方法，建立自支持超薄膜的物性评价体系，探索自支持超薄膜在微/纳电子机械系统、分离膜等的应用方面具有十分重要的意义。

自支持超薄膜是厚度在100纳米以下的具有自支持性质的一类特殊的膜材料。该材料拥有宏观的尺寸以及纳米级的厚度，同时具有宏观材料、胶体以及个体分子的性质。在诸如分离膜，传感器，催化剂、显示器件等方面具有潜在的应用前景。伴随着该类器件的微型化，对膜的诸多性质提出了更多的要求，譬如，分子级厚度（10纳米以下）、均一无缺陷性，热稳定性，机械稳定性，弹性以及高度的刺激响应性。从基础研究的角度来看，研究自支持超薄膜的二维物性极为重要。与存在支撑衬底的超薄膜相比，自支持超薄膜不存在与衬底之间的相互作用，因而更能体现膜自身的特性。本立项基于申请人已报道的在气/水界面利用双亲分子自组装制备有机自支持超薄膜（厚度<100纳米）的新方法，以该有机自支持超薄膜为衬底，通过物理或化学沉积的方法制备无机自支持超薄膜；基于对该有机超薄膜的成膜分子结构和分子间作用力的研究，通过分子设计，制备有机/无机复合自支持超薄膜；开发以原子力探针为代表的表征手段，研究膜的结构包括膜厚、孔隙率、表面形貌等因素与膜的机械强度、光电性质的关系，理解自支持超薄膜的二维物性；探索非水溶液气/液界面成膜体系，解决气/水界面体系中成膜面积小（微米尺寸）、成膜分子有限等问题，制备大面积（厘米尺寸）、厚度精确可控、高机械强度且耐热的自支持超薄膜。围绕上述研究内容，制备了一系列自支持超薄膜，如自支持金属单晶和无机化合物超薄膜、自支持单层无机粒子膜、非水气液界面生长的自支持导电高分子膜、自支持碳纳米管超薄膜及其与量子点复合膜等，并深入研究了膜的物性，如机械强度、导电性、光电转换等。本项目对于拓展自支持超薄膜的制备方法，建立自支持超薄膜的物性评价体系，探索自支持超薄膜在微/纳电子机械系统、分离膜等的应用方面具有十分重要的意义。