有机-无机分子组装材料的合成与膜制备
一． 实验目的：
1．学习层状类钙钛矿结构有机-无机分子组装材料的相关概念与知识，简单了解该领域的研究现状；
2．学习液相反应法合成材料与旋涂法制膜的基本知识和操作，通过实验学习如何设计实验（如设计考察某变量对实验结果影响的研究方法）。
二． 实验内容：
1．用液相反应合成层状类钙钛矿结构有机-无机分子组装材料(RNH3)2MX4晶体粉末；
2．用旋涂法制备所合成的晶体的薄膜，研究制膜时的工艺参数对所制得的膜的质量的影响。
三． 实验原理：
1．合成：合成这类材料有固相反应法和液相反应法。液相反应不须高温，省能、快速。反应式如下：
MX2?2HX?2RNH2?(RNH3)2MX4
其中，MX2为二价金属卤化物，（M?Mn,Cu,Pb等，X?Cl,Br,I）；HX则为相应的卤酸；RNH2为有机胺，R基团有相当的可变性，如可以是长度不同的碳链，也可以是芳香基等。
对不同无机或有机组分，最优的反应条件也不同，可设计改变反应温度、反应物配比、浓度、加样顺序等变量来考察反应条件对目标产物结构的影响。
2．制膜：制膜的方法很多，其中旋涂法是传统方法之一，它简单易行成本低廉，但膜质量（一般要求膜的厚度均匀、致密，无明显裂纹或表面粗糙不平）对制膜参数敏感，因此可设计改变制膜工艺参数研究其对成膜质量的影响，如溶剂的选择、浓度、转速与时间、热处理温度与时间、涂膜次数等。膜质量可通过扫描电镜或光学显微镜作初步观察。
四． 实验药品及仪器： 1．药品：
MCl2(M?Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Pb),HCl(37%wt)或HBr,HI,CnH2n?1NH2(n?2,4,6,8,10,12)， 甲醇、乙醇丙酮、DMF等溶剂
2．仪器：分析天平，药勺，手操箱，标签纸，250ml锥形瓶，2ml移液管，洗耳球，胶头滴管，玻璃棒，洗瓶，定性滤纸，抽滤系统，培养皿，真空干燥箱，石英基片，烧杯，金属镊，超声波清洗器，旋涂仪（匀胶机、烤胶机各一台）。[X射线衍射仪，扫描电镜或光学显微镜,紫外-可见分光光度计，荧光光谱仪]
五． 实验步骤：
1．设计总体实验步骤并画出实验数据记录表格；计算所需反应物的重量和体积（无机固体样品3克左右，0.01摩尔）并称量；
2．在250ml的锥形瓶中投入反应物使反应进行*，详细记录反应现象；
*可（分组）设计比较加样顺序不同时对目标产物的影响(如先将化学计量比的无机固体溶于酸中，再将化学计量比的有机胺用移液管移至锥形瓶中；或先将化学计量比的胺与酸、化学计量比的无机物与酸分别混合，再将两种混合液混合在一起)。
*可（分组）设计反应时间不同时对目标产物的影响。
3．将产物移至漏斗抽滤掉剩余的反应原液；
4．将产物移致真空干燥箱干燥*，真空干燥箱的操作步骤如下：
放样时的步骤：开电源------设定干燥温度加热------放样品，关门-------开真空阀------关放气塞------开真空泵------看真空表，到达预定真空度------关真空阀-------关真空泵。 取样时的步骤：关电源-------慢开放气塞缓慢放气入箱------开门-------取样品。
*可（分组）设计比较不同干燥制度即干燥温度、干燥时间对产物的影响
5．基片处理：
用蒸馏水、和适当溶剂将基片初步清洗干净，再用适当溶剂超声分散清洗20分钟左右，入真空干燥箱干燥备用。超声分散仪操作步骤如下：
装水-----开电源-----设定温度、功率、时间等参数------按超声开关键。注意温度达20滠氏度以上超声分散才能启动。
6．将粉末以适当浓度溶入适当溶剂，并用旋涂仪制膜*。旋涂仪（匀胶机与烤胶机）操作步骤如下：
在匀胶机上安装片托------开电源（POWER）------开真空泵------按控制键（CONTROL）------设定转速/时间（SpeedⅠ/TimerⅠ，SpeedⅡ/Timer Ⅱ）------放置基片------按真空键（VACUUM）------按启动键（START）------滴胶（滴加成膜液，在SpeedⅠ/TimerⅠ时间段内完成）------电机停转后抬起真空键取下基片------开烤胶机电源------设定热处理温度-------放置已旋涂好的基片在烤胶机板上------热处理时间自己掌握拿下基片。
可根据需要再次循环以上步骤，制备更厚的膜，结束后清洗片托和烤胶板，关闭仪器的电源。 *可（分组）设计比较不同制膜工艺如不同溶剂、不同浓度、不同转速/时间、不同热处理温度/时间对
所制薄膜的质量的影响。
7．测试粉末样品和所制得的膜的XRD和SEM；用紫外可见分光光度计测试膜材料的禁带宽度，用荧光光度计测试材料的发光性能。
8．分析和比较其微观结构及合成与制备过程中的变量对结构及性能的影响。
六． 实验注意事项: 1．严格遵守实验室管理规定，特别注意实验安全（水电火药）；
2．动手前充分做好设计包括每个细节的考虑（包括安全），列好数据记录表格，详细观察与记录实验现象；
3．强调协作与配合，提倡讨论与交流；
4．对所涉及的仪器，要严格遵守操作规范进行操作。真空干燥箱在操作与使用时特别注意：在箱内真空度不为零（箱内气压低于外界大气压）时不能随意开真空阀，必须先开真空泵再开真空阀以免真空泵内的真空油倒吸。
七． 数据处理与结果分析：
用所得XRD和SEM结合实验现象分析合成与制备过程中各变量对产物结构及成膜质量的影响，确定最佳合成条件与最佳制膜工艺。
八． 思考题：
1．怎样知道产物中各元素的化学计量比确实是分子式所示的形式？ 2．有哪些方法可以验证产物及薄膜确实是（1）晶态的，（2）层状结构的？ 3．结合实验说明制备粉末样品时什么因素对产物结构影响最大？
4．制膜前基片处理除了使基片表面洁净，还有什么作用？如何选择基片处理时的溶剂？ 5．结合实验说明制膜的哪些工艺或哪些工艺参数对成膜质量有影响？如何影响？
有机-无机分子组装材料的合成与膜制备
