尖端材料與膜模擬化學(xué)：多重雙層鑄膜

2.8多重雙層鑄膜

研究表明控制蒸發(fā)基片上的SUV和MLV導(dǎo)致超薄膜的形成，這種超薄膜保持了泡囊的規(guī)則雙層結(jié)構(gòu)。這些不動(dòng)的雙層膜稱為“雙層鑄膜”、“多層鑄膜”或“有序鑄（超?。┠ぁ?，為L(zhǎng)B膜提供了另一種途徑。

制備的鑄膜的X射線衍射測(cè)量證實(shí)表面活性劑排列是與基片表面成45o和65o傾斜（如圖）。

由X-光衍射數(shù)據(jù)電子密度擬合所得到的多層鑄膜分子排列的合理模型。

帶有偶氮苯的化合物鑄成的薄膜由自身支撐，硬而脆；但由帶有谷氨酸功能團(tuán)的化合物鑄成的薄膜能彎曲（如圖）。

柔性膜剛性膜多層鑄膜的照片在鑄成的帶有偶氮苯和帶有谷氨酸功能團(tuán)的雙層膜里摻入三種不同的陰離子卟啉（Ⅱ）（如圖）。在第一種卟啉中，陰離子取代基位于環(huán)的一邊；在第二種卟啉中，三個(gè)磺酸基團(tuán)呈水平取向；在第三種卟啉中，陰離子基團(tuán)位于對(duì)稱位置。用電子旋轉(zhuǎn)光譜及計(jì)算機(jī)模擬所得的EPR光譜來確定在雙層鑄膜主體里的卟啉客體的取向（如下圖）。

類型I：雙親水頭基Cu2+卟啉類型II：三親水頭基Cu2+卟啉類型III：四親水頭基Cu2+卟啉在帶有谷氨酸功能團(tuán)的多層鑄膜中陰離子卟啉三種狀態(tài)的示意圖

類型I軸向插入雙分子層內(nèi)；類型II無(wú)序排列在雙分子層的表面；類型III平躺在雙層上在帶有偶氮苯的多層鑄膜中多親水頭基卟啉三種狀態(tài)

由圖可知，雙層鑄膜中發(fā)現(xiàn)第三種卟啉隨機(jī)地躺在極性基頭表面上。但是把第一種、第二種卟啉摻入鑄膜里取決于結(jié)構(gòu)。

制備和表征雙層鑄膜主體里的卟啉客體的方法的發(fā)展將為制備所需的超分子組合鋪平道路。

雙層鑄膜在水中表現(xiàn)僅有短期的穩(wěn)定性和低溶解度。在雙層膜上覆蓋醋酸纖維素并用聚（乙烯醇）作為粘接劑已經(jīng)克服了這些缺點(diǎn)。

這就是混合式雙層鑄膜。

下圖就是混合式鑄膜的電鏡照片。在某些情況下，通過γ射線照射引起聚乙烯醇基體交聯(lián)。

三層結(jié)構(gòu)的膜側(cè)面的SEM圖

由含氟碳表面活性劑的

SUV并連接聚乙烯醇也可鑄成薄膜。即使表面活性劑與聚乙烯的比率減小（如圖）也可用廣角X射線衍射測(cè)量來表征高度取向的雙層和被氟碳表面活性劑完全覆蓋的基片。

利用可聚合的表面活性劑和含可聚合基頭（CH2==CH—COO）的表面活性劑為穩(wěn)定雙層鑄膜提供了另一種途徑。人們已采用了兩種方法：第一種方法涉及聚合化泡囊鑄型；第二種方法是由預(yù)聚泡囊進(jìn)行鑄型，然后鑄好的膜聚合。

制備的SUV形成鑄膜，X射線散射證明表面活性劑的垂直取向和鑄膜后再聚合在膜中的高度有序。因?yàn)榫酆系腟UV比起它們沒有聚合的對(duì)應(yīng)體在干燥過程中更可能保持其結(jié)構(gòu)（如圖)。

那些先形成SUV接著聚合的膜在電解質(zhì)溶液中仍然穩(wěn)定。相反由于聚合的SUV制備的鑄膜在電解質(zhì)溶液中膨脹。可能的結(jié)構(gòu)

混合雙層鑄膜為多層膜形成二維聚合物網(wǎng)提供了一條途徑。如下圖

X-射線衍射和XPS測(cè)量證實(shí)了正如示意圖所示的情況，存在著平行于模板的規(guī)則多重層膜。二維聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的模型

下圖顯示了多層二維聚合物網(wǎng)的照片和掃描電鏡照片。

雙層鑄膜的合成處理可以形成聚合硅氧烷膜，具有管形、球形、和板形納米結(jié)構(gòu)。

肌紅蛋白和鐵氧化物顆粒在雙層鑄膜中也已組裝起來。彈性和多樣性使得混合雙層鑄膜適用于構(gòu)造功能、超膜、用分子定