表面增强拉曼光谱(SERS)是一种具有超灵敏检测能力的谱学技术, 可以在单分子水平上检测分子结构的动态变化过程。 烷基硫醇的自组装膜是一类典型的类晶态有序结构薄膜, 在仿生、 材料、 电子和化学等领域有着重要的应用, 越来越受到人们的关注。 本文利用SERS对正己硫醇(hexanethiol, HT)分子在银基底上的吸附和组装过程进行研究, 对HT的拉曼和自组装膜SERS光谱进行了指认。 根据C—S, C—C和CH3键结构的反式和旁式的特征光谱信息, 研究HT吸附在银纳米粒子表面的构象, 以及自组装膜结构的有序性。 研究了吸附时间和浓度两个因素对成膜规律产生的影响。 实验结果表明, 当HT溶液浓度较高时, HT单层膜成膜速率较快, 且有序性较好; 当HT溶液浓度较低时, HT单层膜成膜速率较慢, 且有序性较差。 这一研究结果对成膜动力学以及烷基硫醇的有序单层膜的制备具有重要的指导意义, 为基于烷基硫醇的自组装单层膜在防腐、 器件和生物方面的应用奠定了基础。

解决铜铜键合工艺中的铜氧化问题对于三维集成技术具有重要意义。选用1-己硫醇做临时钝化剂, 通过自组装形式形成单层膜附着于铜表面, 以防止铜在存放时与空气接触而发生氧化, 键合前再使用乙醇等有机溶剂去除该单层膜。为了评估1-己硫醇的钝化效果, 采用接触角作为主要指标对实验结果进行评价。研究表明, 样片表面经过1-己硫醇处理后, 接触角极大增加, 并在空气中长时间保持稳定, 说明1-己硫醇具有良好的钝化效果, 采用此方法得到了高质量的铜铜热压键合样片。

将分子自组装单层膜技术应用于铁电液晶取向, 结合传统摩擦技术制备了非对称取向的铁电液晶器件。采用在液晶相变过程中不施加电场的简易制备方法, 获得了铁电液晶的均一排列。且对比实验表明, 自组装膜末端基团极性越大, 器件对比度越高。通过分子模拟和排列机理分析认为自组装膜极性端基的引入, 基板附近处液晶分子偶极和自组装膜端基基团相互作用, 导致自组装取向层和摩擦取向层表面处铁电液晶分子的偶极指向一致性, 通过器件表面-内部液晶分子排列的诱导作用, 从而实现了铁电液晶器件的单畴无缺陷排列。

采用极性自组装单层膜和摩擦的方法制备了非对称的液晶盒。在铁电液晶相变的过程中不施加电场,得到了排列均一的铁电液晶器件。实验表明:极性自组装单层膜极性越大器件的对比度越高。经过分析得出该器件液晶分子取向机理为:基板附近的铁电液晶通过偶极和极性自组装膜的作用,使得靠近自组装膜表面处的偶极和靠近摩擦表面的偶极的指向相同,通过分子的相互作用使得体内分子排列方向一致。

The core-shell gold nanoparticle film is fabricated by using nanolithography and self-assembly monolayer technology. The film exhibits unique optical properties and has strong surface enhanced Raman scattering (SERS) activity. The relationship between nanostructure and surface electrical field is studied by employing pyridine as the SERS probe. It is found that particle size and inter-particle space are important factors. The enhancement ratio is measured to be more than 10^4.