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。

the construction of bilayers of polyallyamine

 

Chemical and biological sensors

PAH

 

Electrodeposition

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。

Frequency decrease upon addition of PAH to cell

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。

Frequency decrease upon addition of PSS to cell

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最后,绘制曲线如图3所示。

Combined data for PAH2/PSS2 through PAH10/PSS10

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 is shipped with the Gamry Resonator Software

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。

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