二维云母界面对晶体定向生长的诱导作用研究

蒋智强

（河南大学，河南 开封 475004）

新型纳米材料的应用依赖于对其结构、功能的机理研究和精确的控制制备技术，为此，控制制备纳米材料[1]是纳米技术中急需亟待解决的一个重要难题。光刻、薄膜技术等已经成为目前纳米制备技术中重要的手段。但更精确的纳米材料制备技术还有待开发。目前，研究发现衬底表面对上面纳米材料样品的铺展情况以及样品的组装或生长方式起到诱导性作用[2]。云母因其解离面容易获取、解离面具有原子级别的平整度等优点而成为目前纳米材料研究中的一种常用衬底[3]。采用的云母是一级白云母（Muscovite Mica V－1 Quality），该白云母由45.5%的二氧化硅、37.5%的氧化铝、12%的碳酸钾和5%的水组成，属于单斜晶系。该白云母晶体各个方向性质并不相同，为理解云母晶体表面对分子组装生长的诱导作用，利用原子力显微镜（AFM）在云母二维表面上对氯化钠晶体自组装生长进行了研究。

1 实验过程

首先将氯化钠晶体溶解到去离子水中，配置成0.05mol／L的溶液；然后取5μL氯化钠溶液滴加在新解理的云母表面，并在超净工作间中晾干；最后，利用具有7130扫描器的 NT－MDT Solver P47hAFM系统对样品进行了扫描成像研究。其中采用的扫描探针是TESP，其典型的针尖半径为10nm，工作频率为291kHz，扫描成像速度为1kHz。所获取的数据由SPIP软件进行分析，并得到如下结果。

2 结果和讨论

图1氯化钠在云母表面组装结构的形貌图，其中图A是按照一定方向组装的氯化钠纳米带；图B中的氯化钠晶体组装纳米带结构像梳子，分析发现这些梳子状结构并非无规律的，而是氯化钠的纳米带朝向两个几乎相互垂直的方向生长，云母表面对氯化钠晶体生长的诱导方式与文献中云母表面对生物分子诱导组装的方式相同。文献[4]的生物分子自组装结构在云母表面上也是按照几乎相互垂直的方向组装的。而且，在前人的这项研究中，其生物分子的溶液中有金属离子存在。但是，在类似的研究中，溶液中没有金属离子存在时，生物分子在云母表面的组装方式并没有受到云母晶向的影响[5]，而且很多在云母表面进行的生物分子自组装研究中，在没有金属离子存在条件下，生物分子的组装方式并不受到云母晶向的影响[3]。这些结果说明云母晶体表面不但对有金属离子存在的溶液中的生物分子的组装方式可以起到诱导作用，还对有金属离子存在的无机氯化钠分子的组装生长也具有定向诱导作用。

图1 氯化钠在云母表面组装结构的形貌图

图1A可以明确看出云母表面的氯化钠按照特定方向组装的纳米带；图1B中的氯化钠是按照两个近乎垂直的方向组装生长的纳米带[5－7]。该结果与文献中云母表面对生物分子组装方式的诱导作用是相同的。

除上述结果之外，我们还发现氯化钠晶体在云母表面的其它组装结果，其形貌图如图2所示。其中图1A中云母表面的氯化钠组装纳米棒沿3个相互夹角约60°的方向排布。该规律在更大扫描范围内更加清楚，如图2B和图2C中。云母表面纳米棒沿3个方向组装生长的结果应该是受到云母晶向的诱导产生的，这个现象在前人研究金属离子存在条件下的有机分子组装时也发现过[4]。

图2 氯化钠在云母表面组装结构的形貌图

2A图可以明确看出5μm×5μm范围内云母表面的氯化钠按3个方向组装的纳米棒；图2B为10μm×10μm范围内云母表面的氯化钠按3个方向组装的纳米棒。图2C为20μm×20μm范围内云母表面的氯化钠按3个方向组装的纳米棒。氯化钠纳米棒的3个组装方向夹角约60°。

3 结 论

利用AFM研究了氯化钠晶体在云母表面的自组装结构，发现云母二维界面不但可以用于诱

导有机分子进行自组装，而且能够诱导无机晶体进行定向生长。其中的氯化钠纳米棒、纳米带是按照两两相互垂直的方式或者三者之间夹角约60°的方向进行生长，这一发现为常温条件下控制制备纳米线、纳米带等纳米材料提供了一种简洁模式。

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