摘要

对绢云母（Sericite）粉末进行硅烷偶联剂湿法处理，采用Washburn法测量了经不同浓度的硅烷偶联剂修饰后的绢云母粉末的表面张力。修饰后的绢云母粉末的表面张力具有周期性的变化，且波峰与波谷随着3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）用量的增加而增大。利用比表面仪（BET）和激光粒度仪，获得绢云母粉末表面的粗糙度为17.5，且根据Wenzel和Cassie复合方程，获得液体与粗糙表面接触的投影面积分数f2为0.103，在绢云母粉末表面的单分子层APTES密度为1.82×1018个／m2。

引言

近年来，利用硅烷偶联剂进行分子自组装越来越受到人们的关注。其中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）所形成的分子自组装膜，由于一端具有极性氨基，具有很好的反应活性，可以与羧基、酰氯、酸酐、磺酰化剂、卤素等反应，可应用于光刻蚀技术领域；另外，末端氨基能够固定蛋白质与DNA片段，在生物探针和生物传感器方面得到应用。

APTES溶液的浓度、溶剂种类、反应温度、反应时间以及制备工艺等对分子自组装膜的形态都会产生影响。Petri等通过将硅烷偶联剂蒸发，在固体表面沉积获得单分子层；Flink等将固体表面浸渍在低浓度的APTES溶液中，获得了单分子自组装层，而Amemiya等采用类似的方法，却获得了头-尾相连的多层自组装分子膜。目前，分子自组装膜的研究手段主要包括：红外光谱（FT-IR）及全红外反射（RAIR）、X线光电子能谱（XPS）、椭圆光度法、石英晶体微天平（QCM）、接触角（CA）、原子力显微镜（AFM）和隧道扫描显微镜（STM）等，但对于粉末表面分子自组装的表征具有一定的局限性。表面张力只受到外层化学基团的影响，反映了表面基团化学信息，本文以绢云母（Sericite）粉末为载体，采用湿法处理，在绢云母粉末表面形成 APTES分子自组装膜，通过研究经不同质量分数 APTES/乙醇溶液处理后，自组装膜的表面张力变化，进而探讨了APTES在粗糙绢云母粉末表面的分子自组装，并计算出单分子层 APTES密度。

1 实验部分

1.1 原料

绢云母粉末，滁州格锐矿物有限公司，密度2.65 g/cm3，平均粒径 6.8 μm； APTES，南京晨光硅烷偶联剂有限公司。

1.2 表征设备

表／界面张力仪（芬兰Kibron， dIFT）；比表面仪（BET，美国麦克， ASAP-2020）；激光粒度仪（英国马尔文， MS- 2000）；扫描电镜（SEM，日本电子，JSM-5900）。

1.3 试样制备

将绢云母粉末在 120℃ 干燥 6 h，将干燥后的 20 g 绢云母粉末分别放入 200 mL 不同质量分数的APTES/乙醇溶液中，用超声分散 2~5 min，将该悬浮液放在室温下自然干燥。经处理后的绢云母粉末在 80℃ 下干燥 2 h。在索氏抽提器中，用甲苯将以上获得绢云母粉末洗涤 6 h后，在 80℃ 下干燥 1 h。

1.4 APTES/乙醇溶液表面张力的测定

Wilhelmy吊片法公式为

σ1 = F / (L cos θ)(1)

式中：σ1 为润湿液的表面张力； L为吊片与润湿液接触的周长； F为提升过程中润湿液表面的张力作用； θ 为润湿液体与吊片的接触角。当吊片选用 Pt板时，由于 Pt表面能很高，可以认为润湿液完全铺展在 Pt板上， θ=0°，因此

σ1 = F / L(2)

将 APTES溶于乙醇中，采用 Wilhelmy法测量不同质量分数的 APTES/乙醇溶液表面张力，其中APTES的质量分数分别为 0.5％、 1.0％、 1.5％ 和 4.0％。

1.5 表面接触角的测定

1.5.1 绢云母片的接触角

Wilhelmy吊片法也可以用来测量片状固体表面与浸润液的接触角，改变式（1）形式，可以获得

cos θ = F / (L σ1)(3)

将块状绢云母进行剥离，获得厚度为 0.1~0.15 mm，长度 20 mm的矩形绢云母薄片，采用 Wilhelmy吊片法测量绢云母片与乙醇的接触角。