电子器件

电子行业可以提供电路板和电子元件。电子设备中使用的集成电路是建立在由半导体材料制成的晶圆上。硅是使用广泛的半导体材料。硅片在芯片制造之前经过严苛的清洁程序。使用接触角仪检测硅晶片表面的清洁度。聚合物也被用于电子工业中，作为芯片和芯片载体的绝缘层材料，而涂层的质量和均匀性是最重要的。

[表面清洁度-清洁度]

您需要表征或评价表面清洁度吗？

表面环绕着我们，无处不在。 我们在其上，活在其中并利用它们。在许多情况下，表面的清洁度是感兴趣的和重要的，在某些情况下甚至是关键的。 “清洁”的含义当然是一个定义问题，涵盖了从宏观一直到纳米尺度以及这区间的所有尺度的清洁。

当想到清洁时，我们脑海中的第一类表面就是我们日常生活中所用的房屋和物体的表面——厨房，浴室，衣服，也许还有我们的交通工具，比如我们的汽车。但我们也期望公共场所应该是卫生的 - 餐馆，公共交通和医院。后者是纳米级洁净度很关键的领域之一。例如，医院手术工具和其他表面的清洁是成功手术和防止疾病传播的关键。在离我们更远的地方，例如食品，药品或其他敏感物质的生产和加工行业，从一个零部件的制造转向另一个零部件可能需要在两者之间进行表面卫生处理。或者在电子和光学行业以及电路或涂层的制造中，最轻微的灰尘分子就可能是灾难性的。发电厂中的输油管道和热交换器等其他结构会随着时间的流逝而暴露于污染之中，伴随不需要的物质积聚，例如沉积物形成、结垢、生物膜形成和结垢等，均可能阻碍功能。

实时表征和评价表面清洁度

QSense QCM-D可以在纳米尺度上测量和量化沉淀物、水垢堆积和生物膜形成，以及实时和定量地去除相同的沉积物。优化条件以减少或防止不需要的物质聚集非常重要， 您可以在改变环境之前、之后和期间对清洁度进行表征。在清洁如评估厨房清洁度、描述生物膜形成和测量原油管道污垢中的沥青质吸附等方面，可以帮助开发消除它们的方法或添加剂。

通过接触角测量快速评价表面清洁度

清洁和洗涤剂配方的效率可以通过接触角测量来评估。

清洁和处理表面的表面自由能与清洁度和表面组成直接相关。接触角是所有表面分析技术中灵敏的一种，因为即使是表面的纳米尺寸也会影响润湿行为。 作为一种简单快速的测量技术，接触角通常用于跟踪清洁过程和清洁溶液的效率。 因此，在清洁度控制至关重要的领域，接触角测量是非常合适的质量控制方法。 通过自动化的Theta进行接触角测量，为清洁度评估提供了一种独立于用户且快速的方法。

硅片和电路板的清洁度是确保最终产品优化功能的重要因素。 玻璃表面的洁净度例如瓶子的喷墨印刷或使用粘合剂进行标签应用等直接影响后续加工步骤的质量。 测量玻璃污染有助于减少浪费并确保高效生产。

ASTM C813-90 – 采用接触角测量玻璃的疏水性污染

[表面处理和涂料-功能性纳米和纳米颗粒涂层]

传统的涂层通常用于保护下方的材料或改善其视觉外观。 此外，用于其他功能的涂料吸引了越来越多的研究兴趣。 这些类型的涂层通常被称为功能性涂层。

不同的功能性涂层的用途广泛，但研究最多的是防污、抗菌、导电、自清洁、光和热致变色、自愈和超疏水涂层。

根据涂层需要满足的功能，需要采用不同的涂层策略。 可以通过使用浸渍镀膜制备简单的功能性涂层，仅需要对涂层的结构和层厚度进行少量控制。 对于更先进的涂层，Langmuir-Blodgett和Langmuir-Schaefer技术可精确控制薄膜厚度和封装密度。Langmuir-Blodgett技术已被用于沉积用于智能窗户的纳米粒子以及用于电子应用的石墨烯的沉积。 也可以通过QSense QCM-D来表征纳米颗粒的沉积和功能性纳米复合结构的构建。

有几种工具可用于涂层的视觉、分子和润湿性表征。

超疏水涂层的表征

超疏水涂层由于其在诸如自清洁窗口或防冰表面上的应用而得到了广泛的关注。根据定义，当与水的静态接触角超过150°并且接触角滞后低时可实现超疏水性。因此可通过测量静态和动态接触角来完成超疏水涂层的表征。

观看录制的网络研讨会：超疏水表面 – 从实验室到现实生活应用

博客文章：超疏水表面的耐久性 – 现实生活应用的最大障碍

用于智能窗户涂层的纳米颗粒的沉积

随着我们越来越关心地球的未来，不同的节能方式正在受到更多的研究。 我们的大部分能源消耗都用于加热或冷却建筑物。可以有不同的解决方案来改善我们建筑物的隔热性能，新颖的智能窗户成为人们关注的焦点。其中一类有趣的智能窗户是由温致变色材料制成的，它可以随着温度的变化而改变颜色。 因此，涂有热致变色薄膜的窗户能够控制通过玻璃的热量交换。 在寒冷的天气里，将热量保存在室内；在炎热的时候，窗户可阻止来自太阳的红外辐射进入建筑物。

伦敦大学学院（UCL）的研究人员利用Langmuir-Blodgett（LB）技术开发了用聚苯乙烯纳米球涂布玻璃表面的方法[1]。他们使用LB制备了高度有序的纳米粒子层，这些纳米粒子层可用作后续工艺中的蚀刻掩模。生成的纳米结构可以涂覆二氧化钒，使得窗户具有在飞蛾眼中发现的相同的抗反射性质。 它将房间内部反射的光线数量减少到5％以下，这比其他原型的二氧化钒涂层窗户获得的效果好得多[2].。

在KSV NIMA中型槽上使用Langmuir-Blodgett技术在一片石英基底上沉积200nm直径的聚苯乙烯纳米球单分子层。

（a）单分子层的AFM图像，（b）同一图像的傅立叶变换，表现出用该技术可实现的优异结晶度。 版权 Dr. Alaric Taylor。

除了改善窗户的反射特性之外，纳米结构也能自清洁。 窗户表面非常耐水，这意味着当雨滴落在表面时它们会形成球形水滴，很容易从窗户上滚落，收集污垢、灰尘和其他污染物，并将其带走。尤其对于在窗户清洁具有挑战性的摩天大楼中使用的窗户，这是非常需要的性能。通过使用静态和动态接触角测量，研究人员广泛研究了表面的自清洁性能。

[1] Taylor, A. Motheye smart windows Bio-inspired, temperature-responsive glazing for passive regulation of building temperature with the ability to self-clean (Unpublished doctoral thesis). (2016) University College London, London, UK.

[2] Taylor, A. et. al., A Bioinspired solution for spectrally selective thermochromic VO2 coated intelligent glazing, Optics Express 21 (2013) A752.

[观看录制的网络研讨会：利用 Langmuir-Blodgett沉积高度有序的纳米颗粒薄膜， Alaric Taylor， UCL大学EPSRC研究员]

博客文章：高度有序的纳米粒子薄膜

用于电子应用的石墨烯单分子层的沉积和表征

单层石墨烯（SG）是第一个真正的二维材料，已被证明具有许多优异的材料特性，如高导电性和导热性以及高拉伸强度。许多人认为石墨烯是迄今为止发现的最有前途和多功能的材料之一。例如：该材料的潜在应用包括建造更小更快的电子电路、开发更强大和更灵活的建筑材料以及创建更高效的电池。石墨烯既可以用作n型导体，也可以用作p型导体。并且由于其半导体性质，引发了人们对其未来某一天会取代电子器件中的硅的猜测。由于单层石墨烯的电性能和透明性以及良好的耐化学性，石墨烯最有意思的应用之一是在光电子学中用它代替铟锡氧化物（ITO）或氟氧化锡（FTO）作为太阳能电池和发光二极管。 [1-3]

制备单层石墨烯有几种不同的方法。 最有希望用于大规模工业用途的是不同的液相剥离方法，其通常生成单层石墨烯或单层氧化石墨烯（SGO）的分散液。 面临的挑战是如何将单层石墨烯或单层氧化石墨烯从分散液中以受控的方式转移到支持体上。 Langmuir-Blodgett和Langmuir-Schaefer（LS）沉积近来在制备具有高度可控的石墨烯层中显示出可喜的成果。

使用布鲁斯特角显微镜和PM-IRRAS直接在Langmuir槽上进行石墨烯氧化物薄膜的表征。 使用PM-IRRAS还可以表征沉积在固体基材上的薄膜。

应用文摘：单层石墨烯和氧化石墨烯薄膜的沉积和表征

应用文摘：薄膜结构成像：布鲁斯特角显微镜

应用概述：制造高度有序的纳米颗粒薄膜

太阳能电池板表面的功能性涂层

太阳能电池（也称为光伏电池）是一种通过光伏效应将光能直接转换成电能的电子设备（见图1）。 有几种可用的太阳能电池，最常见的是在硅片上制造的。其他的太阳能电池类型包括薄膜、染料敏化和有机/聚合物太阳能电池。由于制造工艺简单，硅太阳能电池是迄今为止常用的太阳能电池，拥有超过80％市场的份额，而其他太阳能电池类型提供了诸如灵活性等某些附加优点。

目前，在世界各地的大学和研究机构中有许多活跃在光伏领域的研究小组。本研究大致可分为三个方面：

·使当前的技术太阳能电池更便宜和/或更有效率地与其他能源竞争。

·开发基于新太阳能电池架构设计的新技术。

·开发作为光吸收剂和电荷载体的新材料。

传统的太阳能电池的顶层是一层涂有防反射（AR）涂层的薄防护玻璃。 防反射涂层用于增加光子的吸收，并以这种方式提高太阳能电池的效率。 溶胶 – 凝胶浸涂技术是广泛用于大面积生产防反射涂层的方法。

在制造过程中，确保太阳能电池上不同层之间良好的粘合是非常重要的。 通常使用接触角测量，因为良好的润湿性表明良好的粘附性。

应用概述：制造高度有序的纳米颗粒薄膜

应用文摘：太阳能电池行业的接触角测量

采用Langmuir-Blodgett法沉积高度可控的纳米博膜

[功能涂料-传感器]

生活在当今社会，信息和可预测性受到高度重视，我们围绕着大量的传感器来探测、探测和测量周围环境的各个方面。每天收集的信息量非常大，温度、气压、光照强度或有毒物质只是其中的一些例子。

有时收集的数据仅仅是给我们提供信息和生活便利性，例如给我们一个信息，以便我们决定外出时是否带一件额外的毛衣。但它也可以用作决定是否需要调节和控制，例如验证压力值是否保持在预设的最大值和最小值内。每种传感器类型都基于特定的检测方法，可以监控感兴趣的参数。

生物传感器是传感器的一个子类。生物传感器利用自然界设计的生物识别系统来进行检测，如与受体结合的目标物。然后这些信息被转换并收集读数。基于导电聚合物的传感器由于其高的应用潜力而正被深入研究。Langmuir-Blodgett技术能够生产高度组装的可控厚度薄膜，因此也已被用于传感器应用中，。这些传感器已被用于气体传感器以及溶液中痕量抗生素的检测。不同的检测手段从光学检测到电导率测量都在被应用。

QSense QCM-D作为声学生物传感器

生物传感器应用于许多领域，如医疗应用、食品工业和国防。除生物识别元件外，生物传感器还包含两个部分：可以检测生物识别的传感器以及可解释的信号读出。传感器可以基于不同的原理。一种常见的传感器原理是声学传感如石英晶体微量天平（QCM）。基于压电原理进行检测的QCM技术是生物传感中的一种方法，并且在生物传感器开发和应用中已经使用了几十年。

正如这篇广为流传且详细的声学生物传感器综述所详述的，生物传感器的生物检测系统可以根据抗体、蛋白质、DNA、细胞、脂质结构、碳水化合物和纳米颗粒等进行设计及构建相关模块。构建模块和识别组件的范围从小到大，能够检测从重金属离子和DNA杂交到细胞附着、增殖和生长以及细胞对外部刺激的响应。潜在的检测系统范围非常广泛，并且在不断探索传感器界面处理策略来提高其灵敏度和选择性。

导电聚合物基传感器

随着小型化设备越来越受到重视，新开发的纳米材料可以进一步发展这一领域。许多这类材料的制备不能用传统的微制造方法，而是使用一些新兴的技术。

导电聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物已被用作气体传感器的活性层以及用于固定化酶生物传感器的制作。由导电聚合物制成的传感器具有许多优秀的特性，例如高灵敏度和短响应时间。导电聚合物也容易合成，并且它们具有良好的机械性能。LB膜分析仪可用于制备较大面积的高度可控导电聚合物薄膜。