介孔薄膜中介孔孔道中的取向控制及应用研究

介孔薄膜由于其独特的孔道结构，在光电子器件和能源器件设计等领域表现出极大的应用前景。然而由于在一般情况下介孔薄膜孔道结构排列的宏观无序性限制了其作为薄膜器件的应用。本项目以前期激光辐射聚合物表面微纳米结构诱导介孔孔道取向工作为基础，通过研究利用激光辐射引起的聚合物表面润湿性的变化，在控制介孔孔道在宏观择优取向的同时，实现介孔薄膜在聚合物薄膜的选择性沉积。同时研究热气流法制备多层取向介孔薄膜。在此基础上，进一步研究以取向介孔薄膜作为模板，引入量子点等无机分子（硫化镉，硫化铅等）制备主客体复合功能薄膜。研究取向介孔薄膜对无机量子点材料光电性能的影响，为取向介孔薄膜在新型光电子器件和新型太阳能电池器件设计方面的应用提供可靠的理论基础。

有序介孔薄膜作为一种新型的纳米结构材料，在吸附分离、光、电、磁等领域获得了广泛的应用，已成为近年来跨学科的研究热点之一。而控制介孔薄膜中介孔孔道的定向排列对实现介孔薄膜的器件化应用具有非常重要的价值。本课题主要是利用气流法制备介孔孔道定向排列的介孔薄膜，并在基础上复合量子点光敏材料，考察该类复合薄膜在光电领域的应用。.首先，我们利用不同图案的掩模板，用波长为355 nm的激光在聚酰亚胺薄膜表面制备图案化的激光诱导微沟槽结构，以这种特殊表面为基底，在基底上形成一层图案化的宏观取向介相薄膜。研究发现与未经照射的聚酰亚胺区域相比，照射区域的表面亲水性能得到提高。因此，溶胶前驱液会通过自迁移的方式沉积在照射的微沟槽表面，从而宏观上控制薄膜的选择性生长。而激光诱导周期性微沟槽结构本身可以控制介孔孔道的定向排列，从而实现了宏观和微观双重控制介相薄膜的生长。.其次，利用热空气作为驱动力制备SBA-15型宏观取向介孔薄膜，具有简单、快速和不需要基底的广泛适用性。制备了宏观水平取向介孔薄膜，且孔道方向可按需要调控。由于不需要特异性的基底，所以该方法可以制备成双层甚至多层取向的介相薄膜，并且不同层的取向方向可以不一样，将薄膜内孔道定向排列的控制从二维尺度推进到三维尺度。.第三，在气流法制备的SBA-15型宏观取向介孔薄膜的孔道内部原位生长硫化镉量子点，将这种掺杂的薄膜作为工作电极进行光电转换的尝试。硫化镉量子点均匀分布在介孔孔道内部。定向孔道提供了光电流的流通途径。掺杂薄膜的光响应性十分明显。同时本工作将拥有不同吸收波长的量子点（如硫化铅和硫化镉等金属硫化物量子点）引入到多层取向薄膜内不同的取向层中，从而达到对太阳能波长尽可能充分的利用，设计出新型的、“多层量子点填充”的太阳能电池模型。.最后，我们在本工作预计的内容的基础上对研究工作做了进一步的拓展，成功制备了垂直取向的介孔二氧化钛薄膜，并利用透射电子显微镜和略角X射线散射技术对介孔孔道的垂直排列进行了表征。发现二氧化钛介孔孔道的排列受到气流速度，气流入射角度的影响，可以实现介孔孔道从水平到垂直取向排列的全程调控。并在此基础上提出了气流法对介孔孔道取向排列的调控机制。