Temperature dependence of the optical properties of InAs/GaAs self-organized quantum dots with bimodal size distribution

In this work we report the optical and microscopic properties of self-organized InAs/GaAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy on (1 0 0) oriented GaAs substrates. A distinctive double-peak feature of the PL spectra from quantum dots has been observed, and a bimodal distribution of dot sizes has also been confirmed by scanning tunneling microscopy (STM) image for uncapped sample. The power-dependent photoluminescence (PL) study demonstrates that the distinctive PL emission peaks are associated with the ground-state emission of islands in different size branches. The temperature-dependent PL study shows that the PL quenching temperature for different dot families is different. It is shown that the coupling between quantum dots plays a key role in unusual temperature dependence of QD photoluminescence. In addition, we have tuned the emission wavelength of InAs QDs to 1.3 mu m at room temperature. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

半导体的检测与分析

本书的内容与1984年第一版的内容完全不同。本书介绍补充了这二十年来半导体科研、生产中最常用的各种检测、分析方法和原理。全书共分7章，包括引论，半导体的高分辨X射线衍射，光学检测与分析，表面、薄膜成分分析，扫描探针显微学在半导体中的运用，透射电子显微学及其在半导体中的应用和半导体深中心的表征。书中根据实践列举了一些实例，同时附有大量参考文献和常用的数据，以便读者进一步参考和应用。

Parallel optical communication subsystem based on VCSEL - art. no. 67833I

A parallel optical communication subsystem based on a 12 channels parallel optical transmitter module and a 12 channels parallel optical receiver module can be used as a 10Gbps STM-64 or an OC-192 optical transponder. The bit error rate of this parallel optical communication subsystem is about 0 under the test by SDH optical transport tester during three hours and eighteen minutes.

The application of parallel optical transmitter and receiver modules in communication subsystems

A new 12 channels parallel optical transmitter module in which a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) has been selected as the optical source is capable of transmitting 37.5Gbps date over hundreds meters. A new 12 channels parallel optical receiver module in which a GaAs PIN (p-intrinsic-n-type) array has been selected as the optical receiver unit is capable of responding to 30Gbps date. A transmission system based on a 12 channels parallel optical transmitter module and a 12 channels parallel optical receiver module can be used as a 10Gbps STM-64 or an OC-192 optical transponder. The parallel optical modules and the parallel optical transmission system have passed the test in laboratory.

Proposed scheme for parallel 10Gb/s VSR system and its Verilog HDL realization

This paper proposes a novel and innovative scheme for 10Gb/s parallel Very Short Reach (VSR) optical communication system. The optimized scheme properly manages the SDH/SONET redundant bytes and adjusts the position of error detecting bytes and error correction bytes. Compared with the OIF-VSR4-01.0 proposal, the scheme has a coding process module. The SDH/SONET frames in transmission direction are disposed as follows: (1) The Framer-Serdes Interface (FSI) gets 16x622.08Mb/s STM-64 frame. (2) The STM-64 frame is byte-wise stripped across 12 channels, all channels are data channels. During this process, the parity bytes and CRC bytes are generated in the similar way as OIF-VSR4-01.0 and stored in the code process module. (3) The code process module will regularly convey the additional parity bytes and CRC bytes to all 12 data channels. (4) After the 8B/10B coding, the 12 channels is transmitted to the parallel VCSEL array. The receive process approximately in reverse order of transmission process. By applying this scheme to 10Gb/s VSR system, the frame size in VSR system is reduced from 15552x12 bytes to 14040x12 bytes, the system redundancy is reduced obviously.

Au(111)电极上分子相互作用扫描隧道显微镜研究

本论文利用扫描隧道显微镜(STM)在Au(111)电极上结合电化学方法在分子水平上观察分子的吸附组装和结构调控等。主要内容如下： (1) 用现场电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)在Au(111)电极上研究了巯基己醇(MHO)取代六苯并苯的详细过程。取代速度强烈依赖于MHO的浓度。浓度较低时，反应速度较慢，我们可以用现场ECSTM跟踪观察详细的取代过程。取代首先发生在靠近重构线肘部的位置，出现单分子或多个六苯并苯分子的取代而形成的pits。随着取代过程的进行，这些小的pits生长或合并成较大的pits；pits周围的六苯并苯分子逐渐被MHO取代，最终在限定的区域内形成有序的domain。观察局部区域的取代过程，我们发现沿着重构线的方向扩展速度最快。快速取代之后，MHO在Au(111)电极表面形成( )R30°晶格结构，而慢速取代之后，MHO在表面形成c(4×2)超结构。与MHO在干净的Au(111)电极上的吸附相比，在六苯并苯修饰的Au(111)电极上即使在很低的浓度下也没有观察到平躺的物理吸附相，而是直接形成化学吸附相。这可能是由于六苯并苯的存在，MHO的碳氢链不能直接与Au原子接触。通过数据分析，我们发现取代速率曲线呈倒S形状。 (2) 我们用循环伏安法(CV)和ECSTM研究了腺嘌呤(Adenine，A)，胸腺嘧啶(Thymine，T)和鸟嘌呤(Guanine，G)单组分及混合组分(A+T)的电化学二维相变。施加在Au(111)电极上的电位不同，A会呈现不同的吸附状态，包括物理吸附相和化学吸附相。在物理吸附的电势范围，高分辨ECSTM图像显示，同一个电势下共存着多样性的A的吸附结构。当基底电势变得更正时，一种更倾斜的吸附状态也就是A的化学吸附相会形成。在较负电位下，A和T能通过分子之间氢键作用在Au(111)电极上形成一种新的网络结构，而G能形成多层吸附。 (3) 利用STM研究了不同方法移除硫醇自组装膜之后金电极表面的再生情况。分别使用了化学法和电化学还原脱附法。化学法比较简单，使用的试剂有王水，piranha和NaBH4。王水对金电极表面有强腐蚀作用；piranha和NaBH4对金表面的作用较小，但是NaBH4处理之后的金表面上会有较多的亮岛出现。在移除自组装膜之后的电极上直接组装六苯并苯，我们观察到用piranha和NaBH4处理之后的金电极表面上六苯并苯自组装膜缺陷较多，有序domain也比较小。电化学法脱附可以得到比较干净的金表面，直接组装的六苯并苯自组装膜有序性好，缺陷少。而且，电化学脱附法通过控制电位可以实现硫醇自组装膜和六苯并苯自组装膜的相互转换。

分子组装体的扫描探针显微学研究

本文简要评述了扫描探针显微学研究的发展过程、目前状况及发展方向，着重介绍了扫描探针显微学(SPM)在分子组装体研究中的一些应用。采用扫描探针显微学结合电化学的方法对自组装膜(SAMs)、表面活性剂(surfactant)、纳米颗粒(nanoparticles)等分子组装体系进行了研究，并结合IR、QCM、XPS、XRD等多种手段对分子组装体在电极表面的形态和结构进行了探讨。主要结果如下：1．SPM研究以杂多酸为基础的分子组装体我们通过将AsMo_(11)V0_(40)~(4-)杂多酸阴离子从其酸性溶液中自吸附至金表面的方法，制备了一类新的无机自组装膜。我们利用QCM、STM和电化学方法分别研究了AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的吸附过程、在Au表面的结构和电化学性质。QCM数据表明这个自组装过程可以用Langmuir吸附等温式来描述，其吸附自由能为-20 KJ/mol。 通过QCM测得的AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度的最大值为1.7 * 10~(-10)mol/cm~2，这相当于一个AsMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的密堆积单层。AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的循环伏安图上出现三对可逆的氧化还原峰，每对峰所对应的自组装膜的表面覆盖度都亦为1.78 * 10~(-10) mol/cm2，和QCM结果一致。现场STM图像显示AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜十分的均一没有如何多层或聚集体的结构。高分辨STM图进一步显示在Au(111)表面的sMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜于+0.7 V(vs．Ag | AgCl)表现出二维有序的四方晶体结构，晶格间距为10-11 A。这个值与sMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的直径十分接近。从STM图我们也估算出AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度为1.8 * 10~(-10) mol/cm~2，这和QCM以及电化学的实验结果都很接近。我们进一步研究了一种新的以杂多酸为基础的有机无机复合膜--砷钼钒杂多酸的十一烷基吡啶盐(CPMVA)--的制备、结构和电催化性质。通过在这种盐的丙酮溶液中循环电位扫描，我们可以在HOPG电极表面制备稳定的CPMVA膜。我们利用XPS、STM和电化学多种手段来表征CPMVA膜的结构和性质。这些研究表明：在新剥离HOPG表面CPMVA膜的结构为自聚集的分子团，而在预阴极化HOPG表面CPMVA膜的结构为自有序单层。CPMVA膜在酸性和丙酮溶剂中部表现出可逆的氧化还原动力学行为，这说明这种新类型的膜甚至能在有机溶剂中用作催化剂。当溶液的pH值大于7.O时，CPMVA膜也能维持其稳定性，它对pH值的依赖程度明显小于其无机物形式的膜(H_4AsMo_(11)VO_(40))对pH值的依赖程度。CPMVA膜对Br0_3-的还原表现出很好的电催化活性，催化电流与BrO_3~-的浓度的平方成正比。这种有很高稳定性的新类型杂多酸膜在催化剂领域中将有很广阔的应用前景。2．电化学STM研究吸附在金属表面的表面活性剂聚集体由于电位诱导引起的结构变化表面活性剂在表面的吸附已广泛地被用于限制电极表面的活性和稳定溶液中的胶体和纳米粒子，但是人们对表面活性剂在电极表面的结构和由于电位变化所引起的结构改变并不清楚。在这个工作中我们利用现场STM观察了电位控制下表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)在Au(111)表面的吸附。STM图像显示通过控制电位SDS在Au(111)表面有一从半圆柱胶束单层向致密双层膜过渡的构象变化。我们也建立了SDS聚集体在Au(111)表面电位诱导结构变化的模型。就我们所知，这是第一次系统地研究表面活性剂聚集体在金属表面的电位诱导结构变化。3．在固体表面构筑有序的聚苯胺分子导线我们提出了一种新的通过分子设计构筑有序聚苯胺分子导线的新方法。首先，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上有序的4-氨基苯单层，然后溶液中的苯胺分子通过阶跃的方法被层层电聚合在4-氨基苯单层修饰的HOPG表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实HOPG表面上形成了聚苯胺。SPM图显示在HOPG表面的聚苯胺平面结构为有序的3~(1/2) * 3~(1/2) R 30°。小角X-射线反射结果表明聚苯胺分子导线是垂直站立在HOPG表面。电化学测量进一步表明聚苯胺分子导线的形成有利于加速电子传递速率。这种先分子设计后电聚合的方法可能会成为一类在固体表面制备有序导电聚合物分子导线的新方法。依据上一个实验，我们在金表面通过自组装的方法构筑了绝缘分子导线。我们选择β-环糊精(β-CD)作为包络4-氨基硫酚的理想主体分子。β-CD和4-氨基硫酚形成的包络物首先被自组装到Au表面，然后也通过阶跃的方法被层层电聚合在自组装膜修饰的Au表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实Au表面上形成了聚苯胺。低电流STM(LC-STM)图像表明在Au(111)表面的聚苯胺分子线为六角的二维有序，分子与分子之间的最相邻距离为15.5±0.5 A。这种先进行CD超分子自组装后电聚合的方法可能会成为一类制备导电聚合物绝缘分子导线的新方法。4．SPM研究在HOPG表面电化学合成的纳米材料我们通过脉冲恒电位方法从稀的苯胺酸性溶液(1mM苯胺 + 1 M HClO_4)在HOPG表面制备聚苯胺纳米颗粒。我们利用FTIR-ERS、XPS、TM-AFM手段来表征聚苯胺纳米颗粒的组成和结构。FTIR-ERS和XPS结果表明制得的聚苯胺纳米颗粒主要以亚胺形式存在。TM-AFM图像显示分散于HOPG表面的聚苯胺纳米颗粒的表面覆盖度约为10~(10)cm~(-2)。这些纳米颗粒都为圆盘型，直径为200到600埃，高度为10到30埃。这些纳米颗粒的大小随聚合电量由5.7 μC/cm~2增加到19.3 μC/cm~2而增大。我们提出了一种通过分子设计在HOPG表面制备金属纳米粒子的新方法。第一步，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上一个4-氨基苯单层。第二步，通过配位相互作用Ag~+能在4-氨基功能化的HOPG表面形成单层。第三步，通过脉冲恒电位方法我们就能在4-氨基苯功能化的HOPG制备Ag纳米颗粒。电化学测量证明了在HOPG表面上Ag纳米颗粒的形成。STM图像显示通过这种方法制得的Ag纳米颗粒的大小十分均一且在HOPG表面上的分散度很高。这种新方法可被广泛地用来在碳表面制备各种金属纳米粒子。

纳米功能界面的电化学和扫描探针显微镜（SPM）研究

本文简要评述了扫描探针显微学研究的发展过程、目前状况及发展方向，着重介绍了扫描探针显微学(SPM)在分子组装体研究中的一些应用。采用扫描探针显微学结合电化学的方法对自组装膜(SAMs)、纳米颗粒(nanoparticles)、有机无机纳米复合材料(composite material)体系进行了研究，并结合XPS、SEC等多种手段对分子组装体在电极表面的形态和结构进行了探讨。主要结果如下：1．STM研究金属纳米颗粒的隧道成像机理利用柠檬酸三钠还原高氯酸金的反应制备了金的溶胶纳米粒子。将对氨基硫酚自组于金单晶面(Au(111))上形成致密有序的单层；并以此为基底进一步将金溶胶纳米粒子组装于自组膜表面，得到固定化纳米粒子的次单层。用扫描隧道显微镜进行了表征，对金溶胶纳米粒子隧道成像的微观机理作了探讨，提出双势垒隧穿的电子传输界面模型。对扫描隧道显微镜下金溶胶纳米粒子的图像失真作解释。2．共轭有机小分子的导电性的研究利用保护和去保护的方法对带巯基的共轭有机小分子进行了合理地操纵，使其稳定性在我们构筑电化学界面的过程中得到了保证。我们用自组装(SAM)技术将这种共轭有机小分子首先吸附于金电表面，然后用稀氨水将其水解得到致密的共轭有机小分子的单层。在金/SAM二次基底的基础上利用巯基于金的强烈的化学键合力用电化学沉积的方法和湿化学还原的方法得到的金纳米粒子组装于电极表面，得到了金/有机分子层/金的夹心结构，并对构筑这种夹心结构的每一步骤用扫描探针显微镜(SPM)和电化学循环伏安法(CV)进行了表征，实验结果表明，此种共轭有机小分子利用巯基化学键合金属金时，电子能够快速通过这种夹心结构，为分子电子学中之基本问题“分子导线”连接纳米级的分子器件时电子能否在其间传导给出了直接的电化学证明。3．纳米复合材料的合成与表征我们用相转移方法合成了表面功能化的纳米粒子。首先，根据将HAuCl_4溶解于水相中，将Bu_4NClO_4作为相转移试剂、带巯基的有机小分子作为表面修饰剂，NaBH_4和柠檬蒜三钠作为还原剂溶解于硝基苯有机相中。将两相剧烈混合，在混合过程中HAuCl_4在水/硝基苯界面处被有机相中的还原剂还原成金属纳米粒子，刚生成的纳米粒子由于强烈的金硫键合作用而被带巯基的有机小分子表面功能化，而且能在有机溶剂中稳定存在。于是得到的表面功能化的纳米粒子在有机溶剂中的稳定胶体溶液。我们合成了表面被12烷基硫醇和巯基噻酚修饰的金纳米粒子。基于这些表面功能化且带有电化学反应性功能基团的纳米粒子，我们在电化学合成聚噻酚的系统中加入这种具有表面反应性的纳米粒子得到了有机/无机纳米复合材料。对这种复合材料我们用扫描探针显微镜(SPM)、电化学交流阻抗谱(ElS)、X-射线光电子能谱(XPS)进行了表征，结果表面纳米粒子能稳定存在于聚合物基体中，而且这种复合材料的电子传输性能远远大于同等条件下的聚合物膜。

分子导线的合成、组装及电子传输性能研究

分子导线作为未来分子电子学的重要组成部分，其合成、组装及电子传输性能研究是当今化学、物理、生物及微电子工程学等领域里一个非常热门的课题，而我国在这方面的研究几乎空白。本人在王献红研究员和王佛松院士的悉心指导下在国内率先开展了分子导线的研究工作。总结起来，前一段时间的工作成果主要有以下几个方面：一、功能化分子导线的合成 通过以Heck偶联为主的反应，我们合成出八种功能化的分子导线，其两端所带的功能团(-SAc, -NH_2, -NO_2, N_2BF_4)不仅可以使它们在不同的基底上实现组装，而且对于研究分子导线的电子传输性能，探讨分子导线在生物、化学传感器中的应用具有重大意义。我们对关键组分的合成作了重大改进。所有化合物都经过红外、核磁、质谱、元素分析或紫外－可见光谱等表征手段的鉴定。二、分子导线的固定相合成 分子导线在溶液相中合成碰到的最大难题是分离纯化。经过一段时间的积累，我们提出了一个双向快速增长的固定相合成路线，并采用该方案合成出长度接近50A两端为乙酰巯基“分子钳“的可溶性分子导线。我们的方案允许对分子导线进行精确地裁剪，并有望在现有的合成基础上经过简单的几步反应合成出具有逻辑、记忆和放大功能的单分子器件。三、分子导线的组装 我们将合成出的功能化分子导线组装在单晶或多晶金电极表面，通过扫描隧道显微镜观察了组装上分子导线单层后单晶金电极表面的形貌，通过电化学技术研究了分子导线自组膜的钝化行为，并现场观察了分子导线的组装过程。我们还讨论了分子导线的结构、长度及组装条件对自组膜性能的影响。四、分子导线的电子传输性能研究 我们将自组装技术和电化学纳米粒子沉积技术结合起来构筑了几种“金电极－分子导线－金的纳米粒子“的夹心结构，通过STM观察了整个过程中修饰电极表面形貌的变化。循环伏安和交流阻抗技术测定了这种夹心结构的电子传输性能，发现夹在两个金电极之间的分子导线单层具有很好的电子导通能力。作为比较，我们采用一种巧妙的办法将柔性的双硫醇单层夹在两个金电极之间，发现其电子传输性能明显比分子导线单层差。结合MM2力场理论计算结果，我们详细地讨论了分子导线的骨架结构、长度、对称性以及界面接触对分子导线电子传输性能的影响。

DNA的扫描探针显微镜和电化学研究

1、在云母表面用AFM观察了不同离子对DNA形态影响。一些离子，如Mg~(2+)、Mn~(2+)、Co~(2+)等是固定和铺展DNA的较好介质，但缺陷是它们可以催化限制性内切酶对DNA的切割。在另一些离子存在下，如Co(phen)_3~(3+)和Ca~(2+)，限制酶不对DNA切割。Co(phen)_3~(3+)存在下，限制性内切酶EcoRI的星号活力位点与DNA结合。AFM直接观察到EcoRI在pBR322DNA上的星号活力图。AFM测得的星号活力物理图与理论偏差小于100 bp。获得了适于AFM观察的常规DNA铺展方法。长度大于40微米的DNA在几微米扫描范围内均匀铺展，并且云母基底表面平整干净。此铺展方法对DNA长度没有影响。这种展开的长链DNA适合于人类基因组BAC DNA的高分辨物理图制作。2、用低电流STM首次观察到金表面上自组装的ssDNA。ssDNA在局部规则区域内彼此平行排列。ssDNA链宽约为0.9纳米，其值为dsDNA的一半。在同一ssDNA链上，相邻两个亮点的距离为0.3-0.5纳米，其值与理论的ssDNA内相邻两碱基之间距离一致。电化学实验证明了自组装在Au（111）上的分子是ssDNA而不是dsDNA。讨论了传统基底-HOPG对生物样品的固定。溶菌酶被稳定地固定在氨基修饰的HOPG表面。通过低电流STM，我们观察到溶菌酶的外貌。3、侧向力显微镜对多头绒泡菌染色体的观察，我们获得了中期、前期染色体的表面精细结构和染色体的集缩过程形态。在染色体表面存在300和40纳米的细丝结构。讨论了零度扫描角的侧向力显微镜。4、研究了dsDNA和ssDNA在聚吡咯修饰电极表面的吸附行为，并通过电化学指示剂Co(phen)_3~(3+)在聚吡咯电极上区分了ssDNA和dsDNA。聚吡咯膜内掺杂的正电荷可以很好地吸附DNA分子，并且这种膜可以耐受一些变性条件的处理。再生这种电极是可能的。这些结果表明，这种新型DNA固定方法可以用于DNA传感器的研制。

模拟生物膜的电化学研究

本文简要介绍了生物膜的组成、结构和一些基本性质，详细描述了各种生物膜模型（支撑磷脂双层膜、非支撑磷脂双层膜、泡囊等等）的制备方法。概要地总结了模拟生物膜的各个领域的研究情况，着重评述了模拟生物膜在电化学、生物传感器、膜片钳、图案化领域的研究进展。采用电化学、各种谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜等不同的模拟生物膜体系进行了研究。主要结果如下：1．将一种支撑磷脂膜一杂化双层膜（Hbrid bilayerer membrane，HBM）首次用于钙离子与磷脂作用的研究，以Fe（CN）63-为探针，发现钙离子可诱导HBM产生离子通道，且通道的打开与关闭能反复运转，并用STM观察这一现象。2.Ru（bPy）32+的电化学发光法和电催化法被首先用于研究支持脂质双层膜（sBLM）的离子通道行为。高氯酸根可以诱导DODAB（dimethyldioctadecylammonium）产生离子通道行为。离子通道的产生存在着一个闺值，当高氯酸根阴离子的浓度超过0.1μM时离子通道打开，当浓度低于0.1μM时离子通道关闭。当高氯酸根离子浓度高于0.1μM时，被打开的离子通道的数量随着高氯酸根阴离子浓度的增加而增加，在1200μM时达到平衡。离子通道的打开和关闭行为是可逆的。在此基础上，研制了一种用于检测高氯酸根离子的传感器。3，用循环伏安法和交流阻抗法研究了稀土离子与支撑磷脂双层膜的相互作用．稀土离子可以影响支撑磷脂双层膜的结构，使之产生一些小孔，通过这些小孔Fe（CN）63/4可以到达电极表面，显示其电化学行为。Fe（CN）63／4-的氧化还原电流随着稀土离子的浓度的增加而变大，对于E矿＋当浓度达到1．2卿时，电流不再增加。发现三种稀土离子与膜作用的能力如下：Eu3+＞Th3＋＞La3＋。4．铁氰酸根离子通常被用来作离子通道传感器的标记物。在本项工作中，我们首次发现铁氰酸根离子本身也可以作为一种刺激物来控制玻碳电极上DDAB（一种合成磷脂）制备出的支撑双层磷脂膜的通透性。我们利用循环伏安、交流阻抗的方法来研究这种现象。支撑双层磷脂膜与铁氰化物的反应与时间有关。进一步地，我们研制了一种铁氰酸根离子传感器。这种离子通道响应灵敏度较高，它可以检测的铁氰化物的最小浓度为5μM。5．稳定的磷脂浇铸膜是通过把含磷脂的氯仿溶液浇铸到玻碳电极上制备的。我们把一种新的媒介质一去甲肾上腺素嵌入到这种磷脂浇铸膜中。磷脂浇铸膜可以被视为一种生物膜模型。用这个体系对抗坏血酸进行电催化氧化，与在裸玻碳电极上相比，阳极过电位降低了约250 mV。浇铸膜内去甲肾上腺素的电化学行为是受扩散控制的，其扩散系数是1.87×10-5cm2／s。在浓度为0.5-10 mmol／L的范围内，催化电流随抗坏血酸的浓度增大而呈线性增加。在同时含有抗坏血酸和尿酸的溶液中，我们用循环伏安法可以同时侧得两个峰，这两个峰之间的峰位差大约为147mV。6．卵磷脂泡囊和血红蛋白在热解石墨电极上制备的薄膜内，血红蛋白可以实现其直接电化学。血红蛋白在薄膜内表现出薄层电化学行为。其式电位E0在pH 3.5-7.0内随pH值直线变化，斜率为-46.4 mV/pH。磷脂膜内的血红蛋白对H2O2显示了很好的催化还原行为。基于此，研制了无媒介体的H2O2传感器。7．我们合成了一种人工磷脂（二甲基二（十二烷基）澳化钱，DDAB）保护的金纳米粒子。在这些金纳米粒子的促进下，血红蛋白可以表现出直接电子转移（DET）反应，其式电位位于-169mVvs Ag/AgCl参比电极。光谱数据表明电极上的血红蛋白没有变性。这种磷脂保护的金纳米粒子很稳定（至少8个月），它们的平均直径是6.42nm。这是首次应用单层膜保护的纳米粒子去实现蛋白质的直接电化学反应。8．我们在一种新的基底一碳电极上构建了杂化双层膜（HBM）。这是对其它基底上构建的HBM的一种扩展。首先，通过电化学扫描将烷基胺修饰在碳电极表面，使之在电极上形成单层膜。由于烷基链部分向外，因此所构筑的界面是疏水的。然后在碳电极的疏水表面铺展一层磷脂单层膜。所生成的HBM通过电化学和ATR-FTIR技术来表征。根据ATR-FTIR的结果，脂质的有序常数（S）为0.73。这种杂化膜具有磷脂／烷基硫醇HBM的优点。这种HBM在生物传感面具有潜在的应用。

DNA、纳米微粒及其相互作用的扫描探针显微学研究

1．采用改进的蒸发液滴中流体毛细流动法，用于展开和固定适于AFM研究的大环状DNA。对长达148.9 kbp的人类基因组3号染色体上一个完整的酵母染色体DNA分子和pB孙22质粒DNA进行了展开固定研究，长度测定显示偏差小于3.5％，结果优于其它展开线性DNA的方法。对其相应的展开机理进行了初步探讨：利用AFM考察了不同长度的DNA分子在云母基底上的分子级分形图案。实验证明DNA分子级的分形图案与DNA的浓度、长度和其它辅助因素相关。我们认为DLA理论或许更适合描述DNA分子在云母基底上形成不同分形图案的体系。2．我们利用阳离子的桥合作用，将质粒DNA固定并展开在云母基底上制得了DNA网络结构。结合实验数据，对质粒DNA形成的机理和可控的参数：离子种类、离子浓度、网孔大小和网孔高度进行了讨论，提出了相应的模型进行解释。我们在半透明的云母基底以及玻璃和蓝宝石等透明基底上构建了不同结构的DNA网络。结合实验数据，讨论了在各种固体基底上形成DNA网络的影响因素，我们认为，固体基底表面的亲水性对于构建DNA网络起重要作用。我们通过控制乙醇的浓度与温度结合原子力显微镜样品定位技术发现，云母基底上形成DNA膜的DNA分子是否移动与处理DNA样品的乙醇浓度有直接关系。对于纯乙醇溶液无论是高温（6O℃）或常温，均未引起DNA分子的移动（无论是吸附在云母基底上的，还是吸附在DNA分子链上的）；如果用混合有水的乙醇溶液（无论其中水的含量多少），不管是高温（60℃）或常温，都会引起DNA膜结构发生变化，即DNA分子发生了移动。热乙醇水溶液对DNA分子的作用比常温情况下更明显1可能是热力学上的因素导致的。3．通过控制银纳米微粒在云母基底上的聚集行为，而非直接通过化学合成的方法，构建了一种新的银结构一纳米银盘。详细阐述了如何得到这种结构的过程，通过原子力显微镜、紫外可见光光谱和X一射线电子能谱技术等工具对其性质也作了相应的表征。这种由纳米粒子组成的银盘与文献报道的单晶纳米银盘相比具有更大的比表面积，在纳米催化等方面有更广阔的应用前景。通过自聚集方式构建纳米银盘结构的方法，对于人们通常认为在溶液中合成的纳米结构与在各种固体基底上表征的纳米结构是一致的观点提出了新的理解。利用戊二醛试剂与发光的纳米微粒萘酰亚胺通过醛胺加成反应形成酰胺键，组装形成二维发光粒子网络。结合原子力显微镜高度形貌图和光谱数据，发现粒子间形成了两种典型的网络结构即，实心六方堆积和空心六方堆积结构。对此我们提出了相应的模型给予解释。4，利用展开的质粒DNA为模板诱导形成了环状的氯化镁纳米结构。原子力显微镜考察表明，这些纳米结构的高度是6.2±1.3-8.2±1.80nm，长度为1.35±0.18到2.93±0.25um。我们以CTAB包裹18nm纳米金和3.5nm纳米银使之形成带正电荷的外壳，利用。NA磷酸骨架带负电荷特性，通过静电自组装方式形成了金属化的纳米网络结构。通过AFM、UV-vis光谱和XPS谱的表征说明，带正电荷外壳的纳米金和纳米银被DNA模板高度地组装形成有序的二维网络结构。5．利用自制的样品定位系统，重复性地对整个基底范围内的样品实行定位，定位的精确度达400nm。这种方法对于样品旋转角度或取出后进行进一步处理都适用。该定位方法依赖于一台个人电脑，一个样品定位仪，一个CCD相机和一套可视光学系统，用于监测透明或半透明基底如，云母、玻璃、蓝宝石、石英和钦酸银等原子力显微镜广泛使用的基底表面或背面特征。作为对这种定位方法的应用，我们用不同的灯M操作模式，不同的针尖对单个的DNA分子、单个的DNA-蛋白质复合物和DNA网络在样品移动或拿出样品台后进行了定位实验。这种方法的精度和分辨率，对于一般的商用或自制SPM（AFM,STM，sNOM）系统都可以适用。

苯乙炔类分子导线的合成、组装及电子传输性能

分子导线作为未来分子电子器件的重要组成部分，其合成，组装及电子传输性能研究是当今化学、物理、生物和微电子工程等领域里一个非常热门的研究课题。本论文在齐聚苯乙炔及齐聚苯乙炔一唾吩乙炔分子导线的合成、组装及电子传输性能研究方面进行了一些工作，主要成果有以下几个方面：一、官能化短链分子导线的合成与表征比较系统地合成不同端基，不同分子长度和不同主链结构的乙酞琉基官能化的齐聚苯乙炔类分子导线，以便比较系统地研究各种因素对这类分子导线的自组装及电子传输性能的影响。对所有合成的官能化分子导线进行了红外光谱、核磁共振氢谱和质谱表征以确定其结构。二、长链分子导线的合成与表征用溶液和固定相快速合成方法合成了一系列苯乙炔齐聚物及苯乙炔一（蜜份乙炔交替共聚齐聚物：1）采用简便的路线，用溶液和固定相方法快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最一长达到了八聚体。（2）采用一条最简便的路线，用固定相方法快速合成了异丙基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。（3）用溶液和固定相方法首次合成了苯乙炔一唾吩乙炔交替共聚齐聚物。（4）用一种新颖的“现场去保护／偶联”二倍速方案快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。该方案最大的优点在于无需分离出对空气敏感的芳香端炔化合物，从而简化了实验操作以及提高了产物的纯度。对所有合成的齐聚物进行了红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和激光质谱表征以确定其结构。三、官能化分子导线的组装及电子传输性能研究（l）用STM和CP-AFM研究了合成的官能化分子导线在金基底的自组装行为，发现形成的自组装单层缺陷很少，而且自组装单层非常均一。（2）用电化学和导电原子力显微镜技术研究了上述官能化齐聚苯乙炔分子导线的电子传输性能，发现界面接触和分子长度对分子导线的电子传导能力有很大的影响，而链结构的影响则相对要小些。此外，我们还发现齐聚苯乙炔体系的电子传输衰减系数β值仅为0.19A-1，说明它是一类性能优异的分子导线侯选物。（3）通过量子化学计算，我们对实验结果进行了初步解释。

酶直接电化学辅酶电催化及酶传感器探讨

本文选择与生命过程息息相关的典型物质作为研究对象，以电化学手段为主，同时结合XPS、SEM和STM等技术，对细胞色素C和酶的直接电化学，辅酶电催化及应用和电化学式酶传感器研制等三方面进行了初步探讨。其中包括：1、细胞色素C在玻碳表面的直接电化学和热力学行为，2、葡萄糖氧化酶表面结构分析和直接电化学，3、辣根过氧化物酶直接电化学和双酶电极研制；4、黄素辅酶（FAD）修饰表面形貌分析和电催化性能，5、尼克酰氨辅酶电催化氧化及其检测；6、基于金属微粒修饰电极的酶传感器，7、介体型醇脱氢酶传感器，以及普鲁士兰修饰薄膜用于酶的固定化。

生物膜的电化学研究

简要评述了生物膜研究的发展过程、目前状况及发展方向，介绍了生物膜的一些基本性质和理论。采用电化学方法对平板双层磷脂膜（BLMs），支撑磷脂膜（SPM）以及磷脂泡囊（liposom）等不同模拟膜系统进行了研究，并结合AFM、STM以及CD等谱学手段对蛋白质与生物膜之间的相互作用和蛋白质的结构变化进行了初步探索。在研究离子通道短杆菌肽D对一价离子的转移过程中发现短杆菌肽D的通道行为依赖于其在膜中的浓度，并且短杆菌肽D在膜中有形成聚集体的趋势。细胞色素c与中性磷脂没有作用，带负电荷的磷脂却可使细胞色素的三级结构松散，导致其电化学行为发生改变。多巴胺很容易嵌入浇铸在玻碳电极上的磷脂膜，并对NADH有很好的催化作用，使NADH的氧化电流增加了10倍，过电位降低了100mV。用原子力显微镜了DMPC在烷基化的疏水基底上成膜的动力学过程，自组装过程受吸附控制，其生长的一级反应速率常数大约22.15 ± 3.28S~(-1)M~(-1)。