十八胺及其相关物质Langmuir-Blodgett膜的制备和性质研究

Langmuir-Blodgett（LB）膜技术由于在电子学、非线性光学以及化学传感器等领域具有潜在的应用前景而引起了人们的研究兴趣，其中它的热稳定性对LB膜的应用领域和范围具有一定的影响。本论文在此领域的主要研究内容如下： 利用LB膜技术分别制备了十八胺及硬脂酸、氘代硬脂酸的多层LB膜，采用变温傅立叶变换红外光谱研究了三种LB膜的相变行为。实验发现：十八胺LB膜在55-75 oC温度区间内发生相变，其CH2对称和反对称伸缩振动频率向高能量区发生明显移动；硬脂酸LB膜在70-80 oC的温度区间内发生了明显的相转变，CH2对称和反对称伸缩振动的强度比在升温过程中也有显著改变；氘代硬脂酸LB膜的相行为发生在65-70 oC的温度区间内。 利用LB膜技术制备了十八铵硬脂酸盐(C18H37NH3+C17H35COO-, ODASA)与十八铵氘代硬脂酸盐(C18H37NH3+C17D35COO-, ODASA-d35) Langmuir-Blodgett (LB)膜，使用变温傅立叶变换红外透射光谱研究了它们的热行为。发现LB膜中十八铵硬脂酸盐分子的两个碳氢链高度有序，然而在十八铵氘代硬脂酸盐LB分子中的来自于十八胺的碳氢链部分无序，即在常温下有一些扭曲构象存在于碳氢链中。而十八铵硬脂酸盐的热稳定性也与十八铵氘代硬脂酸盐的热稳定性有些不同。在十八铵硬脂酸盐LB膜中，碳氢链在85 oC到90 oC的温度区间内发生非常明显的有序-无序变化。而在十八铵氘代硬脂酸盐LB膜中，碳氢链和来自于硬脂酸的氘代的烃链各自呈现出不同的热行为，即：碳氢链在80-90 oC的温度区间发生有序-无序变化，尤其是在80-85 oC的温度范围内这个变化非常显著；而氘代的烃链则在70 oC到85 oC这个较长的温度区间发生缓慢的相变。 分别制备了十八铵十二酸盐 （C18H37NH3+C11H23COO-，ODALA）和十八铵二十四酸盐（C18H37NH3+C23H45COO-,ODATA）LB膜，并用变温傅立叶变换红外透射光谱法研究了十八铵十二酸盐和十八铵二十四酸盐LB膜的热行为，比较了十八铵十二酸盐、十八铵硬脂酸盐和十八铵二十四酸盐这三种双链化合物LB膜的热行为。温度相关的红外光谱显示，这三种物质LB膜的热稳定性取决于碳链的长度。其中，十八铵十二酸盐LB膜在50-65 oC的温度区间内发生相变。对应的，十八铵二十四酸盐LB膜在80-90 oC的温度范围内发生有序-无序变化。令人感兴趣的是，十八铵二十四酸盐LB膜的相变温度与十八铵硬脂酸盐LB膜的相变温度基本一样，都是80-90 oC，也即在十八铵二十四酸盐和十八铵硬脂酸盐两种LB膜中，即使二十四酸取代了硬脂酸对前者的热稳定性的影响非常小。以上结果说明，在双长链化合物中，有效链长度取决于双链中的较短的那个烃链，从而来决定膜的热稳定性。在十八铵二十四酸盐LB膜中，十八胺的全部碳链对膜的热稳定性有贡献，而二十四酸的碳链则只有部分（有效部分）烃链有贡献。 制备了十八胺单层和多层LB膜和粒径为几个纳米的金纳米粒子。由于十八胺在pH值小于10.3的溶液中氨基带正电荷，使其置于金纳米溶胶中，利用带正电荷的十八胺和附着负电荷的金纳米粒子之间的静电作用，使得金纳米颗粒成功地吸附组装到十八胺的有序分子膜中，形成有规律的纳米颗粒层。通过紫外-可见光谱、红外光谱以及扫描电镜观察到，金纳米颗粒通过这种方法能够很好的组装在有机分子膜上，而且由于十八胺LB膜的高度有序性使得金纳米颗粒的组装层有序。而且，不同层数的十八胺LB膜对金纳米粒子呈现出不同的吸附行为。 测量了含微量甲醇（体积分数为0.04%~0.24%）的系列乙醇水溶液的近红外光谱，利用近红外光谱分析建立了预测甲醇含量的定量分析模型。比较了用外部检验法（Test Set-Validation）和交叉检验法(Cross-Validaton)建立的数学模型以及研究了使用外部检验法时校正集和检验集样品数的改变对模型预测结果的影响。结果发现，当校正集样品数为15检验集样品数为6（总样品数为21）时，使用外部检验法建立的数学模型预测结果较好，外部检验与交叉检验的预测均方根误差（分别为RMSEE和RMSEP）都较小（分别为0.0105和0.0115）而且很接近。结果表明，近红外光谱方法简单，准确而且实用。