充电态调控的分子马达

发布时间：2017-09-03 12:41

  本文关键词：充电态调控的分子马达

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【摘要】：扫描隧道显微镜(STM)是目前世界上放大本领最强的工具。其成像原理与以往的放大镜不一样,它是利用针尖对表面逐行扫描,通过隧道电流成像,从而反映出表面的起伏情况和轮廓,分辨本领可以达到0.1nm。利用STM扫描时,不仅分辨本领高,而且它还具有对表面无损伤,扫描速度快的优点。除此之外,利用STM还可以获得表面的电子态密度分布、表面运输等一些电流信息。本文研究就是借助扫描隧道显微镜,对固体表面信息进行采集和扫描,以及对纳米材料的表征。实验开始时,将高定向热解石墨(HOPG)用导电胶粘在铜片上,在90℃左右的环境中烘烤2-3个小时,使导电胶凝固,从而固定HOPG。然后再对HOPG进行机械解离,得到干净的HOPG表面。在超高真空中,通过微漏阀在HOPG表面上长少量乙醇分子,然后放到液氮环境下进行扫面。由于针尖与乙醇分子间的真空和分子与HOPG表面的真空构成了一个双势垒隧道结,所以在这种结构中乙醇分子容易受针尖的影响,从而带上负电,即充电现象。带上负电的乙醇分子会变大变量,在带电的乙醇分子上采集的I-V谱也表现出了电导“滞后”现象。在这种结构中,乙醇分子团簇也会带电,带电的分子团簇会在其周围形成一个非均匀的局域电场,从而对周围一定距离的极性分子或分子团簇产生吸引现象,甚至会吸引周围具有一定长度的乙醇分子链。有趣的是,当这些团簇或分子链受到吸引的同时,也受到一定的扰动,那么这个分子团簇或者分子链就会围绕带电的团簇转动起来,而团簇的转动像行星运动那样,有圆形轨道,也有椭圆轨道；分子链的转动则表现出一种马达圆盘的形式,形成了超分子马达。值得指出的是,这种超分子马达与以往的分子马达不同。因为以往的分子马达都是处于液体环境中的超分子马达或者是固体表面上的单分子马达,而本次发现的是固体表面的超分子马达,马达的“定子”与“转子”之间是通过静电吸引的,与以往靠化学共价键连接不一样,这种连接方式有利于减小分子马达转动的阻力。更有趣的是,这种分子马达的动力来源是隧穿电子的驱动。从分子马达采集的I-t谱显示,隧道电流随时间不停地在两个值之间跳动,我们通过有关计算和统计,发现一个隧穿电子从针尖上注入,就意味着分子链的一步转动。这说明了,分子马达正式在这样的电子驱动下保持不断转动的。这与以往的热震动不一样,热振动是不规律的,没有固定的方向,而在电子的驱动下,分子马达可以实现单向转动,而且在本实验中也观察到了这种单向运动的分子马达。这就为制造分子发动机或马达提供了一种可行性的依据和参考。
【关键词】：扫描隧道显微镜 乙醇 氢键分子链 充电态 超分子马达 转子 静电吸引
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 分子自组装,分子团簇与分子马达9-13
• 1.1.1 分子自组装的研究现状及分子自组装技术9-10
• 1.1.2 影响分子自组装的因素10-11
• 1.1.3 分子团簇的研究背景及分子团簇的特点11
• 1.1.4 分子马达的研究现状及展望11-13
• 1.2 乙醇分子的分解及其与衬底的作用13
• 1.3 形貌分析与STM13-14
• 1.4 本课题研究的意义14-15
• 参考文献15-17
• 第二章 实验技术及其基本原理17-33
• 2.1 实验仪器简介17
• 2.2 超高真空(UHV)的获得与测量17-21
• 2.3 低温(LT)技术21-22
• 2.4 锁相(PL)技术22-23
• 2.5 分子束外延(MBE)技术23-25
• 2.6 扫描隧道显微镜(STM)25-32
• 2.6.1 STM的基本原理26
• 2.6.2 STM的基本结构26-29
• 2.6.3 STM的工作模式29-30
• 2.6.4 扫描隧道谱(STS)的基本原理30-32
• 参考文献32-33
• 第三章 充电态和氢键诱导的超分子转子和马达33-46
• 3.1 背景介绍33
• 3.2 实验部分33
• 3.3 结果与讨论33-42
• 3.3.1 乙醇分子链以及乙醇与HOPG表面的作用33-35
• 3.3.2 乙醇分子或乙醇团簇充放电现象35-36
• 3.3.3 充电的乙醇团簇吸引附近的分子团簇或分子链36-42
• 3.4 本课题的研究意义与展望42-44
• 参考文献44-46
• 第四章 结论46-47
• 致谢47-48
• 硕士期间论文发表情况48

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈勇,周宁,杜海莲,冯亚兵,赵玉芬;分子马达的研究进展[J];大学化学;2002年01期

2 张思亭;张笑一;;分子自组装技术及表征方法[J];贵州师范大学学报(自然科学版);2008年01期

3 陈永军,赵汝光,杨威生;长链烷烃和醇在石墨表面吸附的扫描隧道显微镜研究[J];物理学报;2005年01期

4 陈红雨;姚永才;周小风;;低温的获得与测量[J];物理实验;2013年01期

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本文编号：785102