基于AFM膠體探針技術(shù)的雙電層內(nèi)表面電勢調(diào)制研究.pdf

1、近年來，隨著對微流體研究尺度的進(jìn)一步減小，納流控引起人們的廣泛關(guān)注。納流控主要以實現(xiàn)納米尺度的控制為目標(biāo)，此時，液固界面雙電層中的表面電荷對流動控制起著重要作用。通過控制雙電層中表面電荷的流動能夠?qū)崿F(xiàn)納流控中的能量轉(zhuǎn)換。表面電荷的流動可通過在壁面絕緣層外施加極化外電壓將束縛在壁面的電荷釋放出來，從而有效調(diào)制表面電荷及表面電勢。因此，本課題研究了表面電勢的影響因素、調(diào)制表面電勢的外界條件及測量表面電勢的技術(shù)手段。主要內(nèi)容包括：
　　

2、（1）建立極化外電壓下表面電勢調(diào)制的理論模型，并進(jìn)行仿真模擬。仿真結(jié)果表明極化外電壓可有效調(diào)制氮化硅和單晶硅表面電勢，表面電勢調(diào)制范圍隨著表面羥基基團密度Г的增大、溶液離子濃度的增大及 pH值的減小而減弱。且同等條件下，單晶硅的表面電勢調(diào)制范圍較氮化硅大。
　　（2）基于原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）膠體探針技術(shù)測量液固界面DLVO力（靜電力與范德華力的合力），通過DLVO力曲線可以間接測量

3、表面電勢。在0.1~1 mM濃度范圍內(nèi)的NaCl溶液中，測量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面雙電層內(nèi)的DLVO力及表面電勢。實驗結(jié)果表明膠體探針技術(shù)測量得到的DLVO力的精度可達(dá)10-11 N量級，尤其在距壁面100 nm內(nèi)對靜電力指數(shù)變化段測量靈敏度可達(dá)0.15 nN/nm。其中，在二氧化硅表面的測量結(jié)果顯示，溶液濃度越大，表面電勢絕對值越?。辉诓煌杌牧媳砻娴臏y量結(jié)果顯示硅和二氧化硅在相同條件下表面電勢絕對值較為接近，而氮化硅的則要

4、小10~20 mV左右。
　?。?）在極化外電壓下調(diào)制氮化硅和單晶硅液固界面的表面電勢。結(jié)果表明：極化外電壓可以有效調(diào)制兩者液固界面的表面電勢，且實驗結(jié)果與仿真結(jié)果一致；溶液濃度越高，表面電勢調(diào)制效率越低。主要原因是濃度越高，雙電層電容越大，若需改變相同的表面電荷密度則需更大的外加電壓；對比同濃度的鹽溶液和酸溶液，在酸性溶液中的表面電勢調(diào)制效率較高。主要原因是硅基材料表面因硅烷醇基的電離而帶負(fù)電，決定表面電勢大小的是氫離子的吸附，