[发明专利]用于形成烷基硫醇自组装单层的水溶液及使用该溶液形成该单层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于形成烷基硫醇自组装单层的水溶液及使用该溶液形成该单层的方法。更具体而言，本发明涉及一种用于在基体上形成烷基硫醇自组装单层的包含烷基硫醇和非离子型表面活性剂混合物的水溶液，和使用该溶液形成该单层的方法。

背景技术

自组装单层(SAM)是有机化合物的有序化单层膜，所述有机化合物从溶液或气相中自发地吸收至固体基体上。这种有机化合物由对于目标基体具有特异亲合力的化学官能团构成。取决于对有机化合物的选择和所显示出的化学官能，在目标基体上形成SAM将改变目标基体的特性。

由于可以设计形成SAM的特定化合物，因此本发明提供了对现有表面产生各种新特性的可能。事实上，由现有技术可知，SAM技术已用于在现有材料上获得有利特性，如腐蚀防护和磨损保护。

此外，由现有技术可知，可以利用金属基体来形成SAM。因此，在电子工业中普遍存在涉及SAM的技术。现有技术提供了具有已知可连接至特定金属、金属氧化物和半导体的特定化学官能团的数种有机化合物。具体而言，更常见的实例是烷烃硫醇的衍生物。

遗憾的是，SAM与固体基体之间形成的键合易于氧化和分解。这会不利地影响该结构，因而不利地影响SAM在基体上形成的品质。用于阻止或预防SAM层分解的一个方法实例描述于以Liu等的名义于2005年10月6日公布的美国专利公报第2005/0221081号中。该公报中所描述的方法使用了溶剂，所述溶剂可以是水、水性溶剂、水性缓冲剂或其混合物。然而，与所采用的大多数方法一样，该SAM形成方法是一个缓慢的工艺，需要数小时和/或数日来完成。

类似地，在以Ganesh等的名义于2007年公布的“Self-assembled monolayers(SAMs)of alkoxycyanobiphenyl thiols on gold surface using a lyotropic liquid crystalline medium”中描述的烷氧基氰基联苯硫醇SAM在金上的形成在室温实现，并且需要约15小时。这种SAM形成过程的缓慢性质是一项缺点。

过去，已经使用单独一种非离子型表面活性剂将烷基硫醇溶解在水溶液中。非离子型表面活性剂的浓度为40％，并且工艺时间同样缓慢，需要至少数分钟在例如金表面上实现单分子层。SAM工作液的浊点仅为约40℃～50℃，并且SAM溶液的槽池寿命(bath life)因烷基硫醇在该溶液中的氧化而仅为约几日。

通常，如现有技术所述，在金属基体上形成SAM的方法是缓慢的工艺，并且形成过程通常延续数小时至数日范围。这归因于以下事实：SAM已被吸收在金属基体上，并且之后自发进行有序化(organization)。此外，作为最常用于形成SAM的化合物，烷烃硫醇及其衍生物的使用通常与有机类溶剂相关联。此类溶剂制约了SAM形成、如卷对卷(reel-to-reel)工艺等高速工艺中热量的采用，并不利地影响了生产率。另外，此类溶剂释放挥发性有机化学物质，其对健康和环境有害。

鉴于以上原因，对提供用于在基体上形成SAM的溶液和方法存在需求，所述溶液和方法目的在于解决以上问题中的至少一项，或者至少提供替代物。

发明内容

本发明的用于形成烷基硫醇自组装单层的水溶液和方法解决了以上和其他问题，并在本领域中取得进展。本发明的水溶液和方法具有在较短时间内形成烷基硫醇自组装单层的优点。本发明的水溶液的第二个优点在于，所述水溶液不含有机溶剂和有害试剂，这提供了用于形成烷基硫醇自组装单层的环境和用户友好型方法。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于在基体上形成烷基硫醇自组装单层的水溶液。该水溶液包含硫醇和非离子型表面活性剂混合物，其用于在该水溶液中形成胶束网络。

根据本发明的一些实施方式，非离子型表面活性剂混合物含有两种以上非离子型表面活性剂，该非离子型表面活性剂选自由蓖麻油聚二醇醚、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、乙氧基化油烯基-鲸蜡基醇和聚乙二醇叔辛基苯基醚组成的组。在本发明的某些实施方式中，非离子型表面活性剂混合物包含至少三种以上非离子型表面活性剂。

根据本发明的一些实施方式，非离子型混合物

根据本发明的一些实施方式，烷基硫醇的浓度为0.01M～0.05M。

根据本发明的一些实施方式，该水溶液还包含pH缓冲体系，其用于控制该水溶液的pH。优选的是，该水溶液的pH为3～11。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种包含本发明的水溶液的自组装单层。