采用石英晶体微天平监测叠层自组装的聚电解质薄膜

引言

聚电解质薄膜组装有很多应用——如缓蚀剂、化学和生物传感以及电致变色等。层层（LbL）组装是一项带正电和负电薄层交替像三明治一样组装的技术，如下图所示。

该技术超越其他薄膜沉积技术的两个优势是：成本和控制。通过石英晶体微天平（QCM）监测LbL组装准确且便宜，不需要昂贵的硬件如原子层沉积或LB。组装通常采用交替浸渍法或通过流动系统。

QCMs除了监测LbL组装，还有很多用处。

• 化学和生物传感器
• 电聚合反应
• 嵌Li⁺反应
• 腐蚀研究
• 电沉积
• 离子/溶剂吸附和传输

本应用报告详细论述了聚烯丙基胺盐酸（PAH）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）双层在石英晶片上的构建，如下图所示。

 

PAH

 

PSS

 

实验

10 MHz金涂布石英晶片首先通过在1 mM 3-巯基丙烷磺酸钠盐酒精溶液浸渍功能化。这一步骤的目的是为PAH（平均摩尔质量为200 kDa）吸附准备带负电荷的表面。然后电解池用稀硫酸清洗，并倒满盐溶液。一分钟后，PAH溶液加进电解池。一旦频率减低稳定了，实验停止。下一步，电解池清空，冲洗多次，再装满盐溶液。连续采集开始后一分钟，PSS（平均摩尔质量为70 kDa）溶液注入电解池。频率马上降低，大约三分钟后持平。以上过程总共重复10次。

结果

图1显示了与PAH加入石英晶片有关的频率降低。

图1 向电解池中加入PAH时的频率降低。PAH是开始连续采集一分钟后注入的。

PSS的加入导致了相似的频率降低，如图2所示。

图2 当PSS加入电解池时频率的降低。PSS是在开始连续采集一分钟后注入的。

然后将接下来18步的频率数据连接到一起，一个实验的开始加入到前一个实验的后，绘制曲线如图3所示。

图3 PAH2/PSS2到PAH10/PSS10的整合数据

本应用报告是为了强调采用石英晶体微天平监测LbL组装的方便性。

Gamry公司衷心感谢凯斯西储大学Advincula课题组提供数据。

eQCM 10M自带Gamry Resonator软件、Gamry Echem Analyst软件、入门指南、硬件操作手册（CD）、软件操作手册（CD）、EQCM电解池、AC电源适配器、USB接头电缆、BNC电缆、电化学工作站接头电缆和5个金涂布石英晶片（10 MHz）。还有一些其他的选择，包括额外晶片支架、QCM和EQCM流动池，以及Pt、C和Fe涂布晶片。

Microsoft® Windows XP SP3 or newer is required.