於自組裝單分子膜表面製備聚苯胺導線之研究

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研究生：	郭致賢 Kuo, Chi-Hsien
論文名稱：	於自組裝單分子膜表面製備聚苯胺導線之研究 Preparation of surface-grafted polyaniline wires from self assembled monolayer-modified surfaces
指導教授：	陶雨台 Tao, Yu-Tai
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	83
中文關鍵詞：	聚苯胺、自組裝單分子膜、分子導線、混合自組裝單分子膜
外文關鍵詞：	polyaniline, self-assembled monolayer, molecular wire, mixed self-assembled monolayer
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在漸漸崛起的分子電子學領域中，可控制長度與尺寸的分子導線是非常重要的元件之一。在此研究中，我們在分散且均勻混合的自組裝單層分子膜表面，以四聚苯胺為起發劑，起始表面聚合反應，在矽晶片表面製備了奈米尺度且分散良好的聚苯胺分子導線。
我們將修飾了羥基的矽晶片沒入含有不同莫耳分率比的正壬三氯矽烷與10-烯十一烷三氯矽烷的混合溶液，製備混合自組裝單分子膜。末端烯基經由高錳酸鉀氧化為羧酸；羧酸官能基經由二咪唑甲酮活化後，與四聚苯胺偶合，利用醯胺鍵結將四聚苯胺分子固定在自組裝單層膜表面。以此薄膜為起始反應基板，加入氧化劑過硫酸銨以及苯胺的鹽酸溶液，在酸性環境下進行表面氧化嫁接聚合反應。經由這一系列的化學處理，我們得到了奈米尺度的聚苯胺分子導線。我們利用傅立葉紅外線光譜儀（Fourier transform infrared spectroscopy）、原子力顯微鏡（atomic force microscopy）、接觸角測量（contact angle measurement）、以及丹醯螢光探針等分析方法，分別鑑定兩個系統的混合自組裝單分子膜以及聚苯胺導線於基材表面的組成、分佈與形貌。這個設計提供了一個具有分散良好活化官能基的表面，可以提供進一步的衍生反應。在我們的例子中，我們經由這樣的實驗設計，以表面嫁接聚合反應，製備了獨立且均勻分散的高分子導線。

Conductive molecular wires of controlled size and length are important components in the emerging field of molecular electronics. In this work we report the preparation of nanometer size polyaniline wires on a silicon wafer surface. Through a surface-initiated polymerization from a mixed self-assembled monolayer in which initiators (tetraanilines) are randomly and sparsely tethered, polyaniline chains well separated from each other were generated.

A self-assembled mixed monolayer of n-nonylsilane and 10-undecylenylsilane was first generated by treating a hydroxylated silicon surface with a mixture of n-nonyltrichlorosilane and 10-undecylenyltrichlorosilane in various molar ratio. The terminal vinyl group was oxidized with KMnO4 to carboxyl group, which was activated with carbonyldimidazole. Aniline oligomer (p-tetraaniline) was tethered to the surface through the amidation reaction. Graft polymerization of aniline from the tetraaniline moiety was carried out to give conductive polyaniline (PANI) in nanometer lengths[1] The surface composition, distribution, and morphology of the mixed monolayer, as well as the grafted PANI, were characterized by attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR/FT-IR) spectroscopy , atomic force microscopy (AFM), contact angle measurement, and fluorescent dansyl probe. The method provides a functional surface with well-dispersed active sites as a reaction template for further derivatization/polymerization. In our case, it provides a new strategy for the generation of isolated conductive polymer wires via graft polymerization.

總目錄

摘要（I）
Abstract（II）
總目錄（III）
圖目錄（VI）
表目錄（IX）

壹、緒論（1）
1-1導電高分子（1）
1-1.1導電高分子的沿革（1）
1-1.2 導電高分子的種類及特性（3）
1-2聚苯胺（7）
1-2.1結構與形貌（7）
1-2.2 聚合方式（11）
1-3自組裝單分子膜（13）
1-3.1烷基硫醇自組裝單分子膜（15）
1-3.2烷基矽烷自組裝單分子膜（17）
1-3.3混合自組裝單分子膜（19）
貳、研究動機與方法（21）
參、實驗部分（23）
3-1實驗用藥品（23）
3-1.1合成用藥品（23）
3-1.2基材來源（23）
3-1.3清洗矽晶片所使用藥品（24）
3-1.4有機薄膜用藥品（23）
3-2實驗步驟（25）
3-2.1合成部分（25）
3-2.2矽晶片基材製備（28）
3-2.3金片基材製備（28）
3-2.4混合自組裝單分子膜製備（29）
3-2.5表面末端烯基氧化反應（30）
3-2.6表面羧酸官能基活化及醯胺化反應（30）
3-2.7表面嫁接聚合反應（30）
3-3實驗用儀器與技術（31）
3-3.1真空蒸鍍機（31）
3-3.2核磁共振光譜儀（31）
3-3.3傅立葉紅外線光譜儀（31）
3-3.4螢光光譜儀（35）
3-3.5原子力顯微鏡
（35）3-3.6與水接觸角測量（36）
肆、結果與討論（38）
4-1以矽晶片表面為基材之系統（38）
4-1.1混合烷基矽烷自組裝單層分子薄膜（40）
4-1.2矽晶片表面混合末端烯基自組裝單分子膜氧化反應（46）
4-1.3矽晶片表面混合羧酸自組裝單分子膜活化及醯胺化反應（50）4-1.4矽晶片表面混合四聚苯胺單分子膜表面嫁接聚合反應（56）
4-1.5 表面官能基分散均勻度測試（65）
4-2以金表面為基材之系統（66）
4-2.1金表面混合烷基硫醇自組裝單分子膜
（69）4-2.2金表面羧酸官能基活化及醯胺化反應
（72）4-2.3金表面混合四聚苯胺單分子膜表面嫁接聚合反應（75）

伍、結論（80）

陸、參考資料（81）

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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