Fractal Pattern Formation In Anodic Bonding Of Pyrex Glass/Al/Si

Anodic bonding of Pyrex glass/Al/Si is an important bonding technique in micro/nanoelectromechanical systems (MEMS/NEMS) industry. The anodic bonding of Pyrex 7740 glass/Aluminum film/Silicon is completed at the temperature from 300 degrees C to 375 degrees C with a bonding voltage between 150 V and 450 V. The fractal patterns are formed in the intermediate Al thin film. This pattern has the fractal dimension of the typical two-dimensional diffusion-limited aggregation (2D DLA) process, and the fractal dimension is around 1.7. The fractal patterns consist of Al and Si crystalline grains, and their occurrences are due to the limited diffusion, aggregation, and crystallization of Si and Al atoms in the intermediate Al layers. The formation of the fractal pattern is helpful to enhance the bonding strength between the Pyrex 7740 glass and the aluminum thin film coated on the crystal silicon substrates.

外消旋丙交酯的立体选择性聚合催化剂

聚丙交酯又称聚乳酸(PLA)，是目前最重要的合成生物降解高分子之一。丙交酯有L,L-丙交酯（LLA）、D,D-丙交酯（DLA）和内消旋丙交酯（meso-LA）三种立体异构体。PLA包括全同立构、间同立构、无规立构、不均匀有规立构和嵌段立构等构型。 PLA的微观链结构在很大程度上决定了PLA的理化性质。无规立构和不均匀有规立构聚丙交酯是非晶聚合物，它们可以由meso-LA或者rac-LA（LLA和DLA的等物质的量混合物）的聚合得到；而全同立构、间同立构和嵌段立构的聚丙交酯都是可以结晶的；全同立构的聚丙交酯可由纯的DLA或者LLA聚合而成，高分子量的全同立构PLA（PLLA或者PDLA）的熔点约180ºC；但是，有趣的是，等量PDLA和PLLA形成的外消旋混合物的熔点约230ºC，这与无规的poly(rac-LA)（聚外消旋丙交酯）形成强烈对照；间同和嵌段立构聚丙交酯只是最近几年才被合成出来，目前，只能通过丙交酯的立体选择性聚合才能得到，它们的结晶性和熔点随催化剂的选择性不同变化范围很大；而就降解性能而言，非晶聚丙交酯的降解速率要高于结晶性的聚丙交酯。因为序列结构对聚丙交酯的性质有很大的影响，而聚丙交酯的序列结构可以通过丙交酯的立体选择性聚合来控制，所以，近年来，丙交酯的立体选择性聚合催化剂的开发成为了一个研究热点。 我们设计合成了一系列非手性烯醇式席夫碱－铝/锌化合物，详细的表征了它们的结构，阐明了配体取代基团与催化剂构型之间的关系；将这一系列化合物用于丙交酯的开环聚合，系统的研究了不同结构的催化剂与丙交酯的聚合动力学、立体规整度之间的关系。

六联苯超薄膜与弱取向外延生长

有机半导体薄膜的形态结构对器件性能具有非常重要的影响，近年来高质量有机半导体薄膜的制备成为有机半导体薄膜器件研究的核心内容之一。弱取向外延生长能够获得类单晶迁移率的高质量有机半导体薄膜。而制备出高取向、大尺寸、低缺陷、连续的高质量外延生长基底是获得类单晶外延薄膜的前提条件，这样就需要深入了解它们的生长行为、生长机理及薄膜相态特性。因此，高质量外延基底生长和弱取向外延生长行为及机理的研究就具有十分重要的理论价值和实用价值，是选择和扩展弱取向外延生长材料体系的基础。由此，本论文中工作主要分为两部分，第一部分工作是对外延基底六联苯超薄膜生长的研究：一方面生长出大尺寸、高取向、连续的超薄膜为弱取向外延生长提供高质量的外延基底，另一方面丰富和发展了有机半导体薄膜生长理论。第二部分工作是对酞菁化合物在六联苯超薄膜上弱取向外延生长行为和机理的研究，为弱取向外延材料体系的选择与扩展提供实验依据和理论指导。 首先，研究了六联苯超薄膜生长行为。研究结果表明：(1) 六联苯超薄膜在高温(＞60 oC)和低温(≤60 oC)的二氧化硅(SiO2)基底上生长具有不同的生长机理：高温时薄膜生长符合扩散受限凝聚生长(DLA)机理，低温时薄膜生长是由低有序薄膜经过亚稳分解后重组向团状岛转变。(2) 六联苯超薄膜的生长行为和相结构表明单层和双层薄膜是两种不同的相态：单层薄膜是高取向的具有液晶特性的薄膜相态，双层薄膜是长程有序的近似体相β-phase结构的结晶相。(3) 通过优化基底温度和生长参数，可以制备出高取向、大尺寸、连续的六联苯超薄膜，即可以为酞菁化合物的弱取向外延生长提供高质量的外延基底。 然后，以平面型自由酞菁(H2Pc)及酞菁锌(ZnPc)和非平面型酞菁氧钒(VOPc)为例，深入研究了酞菁化合物在六联苯超薄膜上的弱取向外延生长行为及机理。研究结果表明：(1) 弱取向外延生长的酞菁分子在六联苯超薄膜上立着生长，p-p共轭的方向平行于基底，同时酞菁分子在薄膜平面内具有规则的取向织构。这种高取向的酞菁化合物薄膜有利于载流子在薄膜平面内的传输，其迁移率达到了相应的单晶水平。(2) 由于六联苯双层及单层薄膜结构和相态的差别，平面型酞菁化合物表现出不同的外延生长行为：在六联苯双层薄膜上生长的酞菁化合物薄膜在薄膜平面内只有一种取向，对应于有公度外延生长(Commensurate Epitaxy)；在六联苯单层薄膜上生长的酞菁化合物薄膜在薄膜平面内有三种取向，同时兼具有公度外延生长和无公度外延生长(Incommensurate Epitaxy)。但非平面型VOPc由于分子排列方式及三斜晶体结构的本质，在六联苯单层及双层薄膜上都只表现出无公度外延生长。(3) 六联苯(001)晶面上突起的氢原子所形成的[110]、[1-10]和[010]沟道对酞菁分子具有强烈的预取向作用，从而形成取向的单分子柱晶核。然后在晶格匹配效应和基底沟道效应下，分别形成有公度外延生长和无公度外延生长。即晶格匹配关系和基底沟道效应为寻找弱取向外延生长有机半导体材料体系提供了理论指导依据。

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。

香蕉型分子的真空气相沉积薄膜研究

非手性的香蕉型分子因为独特的形状和极性自组装性能，能形成具有手性结构和特殊光电性能（如铁电性、反铁电性，二次谐波产生效应）的液晶，是近年来有机光电领域中一类非常令人感兴趣的材料。本论文以三环弯核分子间一二（对辛烷氧基苯乙烯基）苯［m-bis（4-p-octoxysryrenyl）benzene，m-OSB］为模型化合物，探索香蕉型分子真空气相沉积薄膜的生长行为。首先，采用示差扫描量热法（DSC）、偏光显微镜、X一射线衍射、透射电子显微镜以及分子模拟等手段表征了m一OSB的体相结构。m-OSB存在两个晶相：相I（T＜66℃）和相11（66oC＜T＜157℃），157oC以上为各向同性态。确定相I为正交晶系，PZI2121空间群，晶胞参数为a＝7．43A，b：6．34A，c＝72．07A，α=β=γ=90°；分子模拟结果显示m一OSB排列成反铁电的层状结构，分子的长轴方向与c轴平行。相n的结构与相I非常相似。这些表征结果为薄膜形态结构的解释提供了依据。然后，采用真空蒸镀的方法制备m-OSB的单层和多层薄膜，用原子力显微镜、透射电子显微镜以及X-射线薄膜反射等手段研究了薄膜形态、结构和薄膜对温度的稳定性。由于香蕉型分子的特殊形状，m-OSB的气相沉积薄膜表现出了特殊的形貌、生长机理和相行为。在单层薄膜生长中，二维岛在40℃以下为圆形或椭圆形的滴状岛，在60℃以上为枝晶状岛，该生长形貌随基底温度的演变与传统的扩散受限凝聚（DLA）理论所预言的结果相反，AFM观察发现滴状岛是从最初沉积的无序膜分解得来的，类似"去润湿"现象；枝晶状岛是从无序膜中成核再通过分子的扩散生长形成的；单层薄膜无论是滴状岛还是枝晶状岛都不稳定，在室温下放置一段时间后均转化为双层的晶体；在多层膜的生长中，观察到了m-OSB形成了高有序、大尺寸的准外延膜。这些在有机气相沉积薄膜生长中都是第一次报道，论文对所观察到的生长现象和相变现象给予了合理的解释。通过对m-OSB气相沉积薄膜的成核和生长过程的系统研究，获得了薄膜形态结构与分子形状和制备参数的关系，对进一步理解有机分子气相沉积薄膜的生长规律和制备高有序的连续薄膜具有重要意义。

Vacuum-deposited submonolayer thin films of a three-ring bent-core compound

Submonolayer thin films of a three-ring bent-core (that is, banana-shaped) compound, m-bis(4-n-octyloxystyryl)benzene (m-OSB), were prepared by the vacuum-deposition method, and their morphologies, structures, and phase behavior were investigated by atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). The films have island shapes ranging from compact elliptic or circular patterns at low temperatures (below 40 degreesC) to branched patterns at high temperatures (above 60 degreesC). This shape evolution is contrary to the prediction based on the traditional diffusion-limited aggregation (DLA) theory. AFM observations revealed that two different mechanisms governed the film growth, in which the compact islands were formed via a dewetting-like behavior, while the branched islands diffusion-mediated. It is suggested m-OSB forms a two-dimensional, liquid crystal at the low-temperature substrate that is responsible for the unusual formation of compact islands. All of the monolayer islands are unstable and apt to transform to slender bilayer crystals at room temperature. This phase transition results from the peculiar molecular shape and packing of the bent-core molecules and is interpreted as escaping from macroscopic net polarization by the formation of an antiferroelectric alignment.

聚ε-己内酯薄膜的受限结晶行为研究

利用原子力显微镜(AFM)系统地研究了聚ε-己内酯(PCL)在物理受限空间,即在薄膜、超薄膜中的结晶行为.结果表明,PCL的结晶形态与薄膜的厚度有关.当薄膜的厚度大于2Rg(Rg为回转半径)时,高分子结晶形态呈现球晶;当厚度介于Rg~2Rg之间时,高分子结晶生成枝蔓或树枝状结构;当厚度小于Rg时,其结晶形态为“岛”状结构.讨论了结晶温度、分子量与基底等对高分子结晶形态的影响.PCL在薄膜中的结晶是一个扩散控制的动力学过程,其生长机理可以用有限扩散凝聚(DLA)来解释.