DNA-CTMA薄膜波导的制备及其光电特性表征

论文摘要

本文主要对DNA-CTMA薄膜的制备及DNA-CTMA薄膜光电特性表征进行研究。我们利用离子交换法制备DNA-CTMA复合物,通过旋转涂覆法和自组装法将DNA-CTMA复合物制备成薄膜波导,表征了DNA-CTMA薄膜的吸收光谱、折射率、交流电阻率等光电特性参数,并利用棱镜耦合的方法观测到DNA-CTMA薄膜波导的m线。首先,本文综述了DNA-类脂复合物独特的光电特性及其在光电子器件应用的研究进展。DNA-类脂复合物薄膜,具有透光性好、光学损耗低、在200-250℃仍很稳定等优点。DNA独特的双螺旋结构不但使DNA-阳离子表面活化剂复合物薄膜具有良好的光学特性,而且DNA碱基对结构中的π?π结构为电子的传输提供了通道,同时也为掺杂功能染料提供了纳米级尺寸的自由空间。DNA-类脂复合物在光电子器件中的应用方面,主要有生物有机发光二极管（BioLED）、生物有机半导体场效应管（BioFET）和DNA-类脂复合物在主客掺杂型波导中的应用等。DNA-类脂复合物优越的光电子特性是制备高质量光电子器件的基础。本文第二章根据导波光学理论,应用射线光学方法和电磁理论推导薄膜波导中TE和TM导模的本征方程,分析薄膜波导中传播模式和辐射模式的产生条件,从而为设计和制备DNA-CTMA薄膜波导光电子器件提供理论指导;概括介绍了薄膜波导的折射率和厚度、光传输损耗的测量方法,为测量DNA-CTMA薄膜光电特性和分析波导实验结果奠定了理论基础。在本章的最后,概括了目前介质波导所用的材料,如铌酸锂（LiNbO3）晶体、半导体化合物、二氧化硅（SiO2）、SOI（绝缘体上硅）、聚合物等,以及各种材料的主要光学特性参数。第三章是实验部分。我们利用三文鱼、青鱼和鲫鱼的DNA分别制备成DNA-CTMA薄膜,对三种DNA以及2000bp和50bp两种不同链长的三文鱼DNA进行对比实验,包括对DNA-CTMA薄膜从紫外200nm到红外25μm的吸收光谱、m线、DNA-CTMA薄膜的折射率、交流电阻等光学特性进行表征。实验结果显示:用不同DNA制备的DNA-CTMA薄膜表现出非常相似的吸收光谱、折射率和交流电阻;不同链长的DNA-CTMA薄膜的光学特性的对比,显示出链的长短并不影响吸收光谱和折射率的大小;另外,分析了在薄膜的制备过程中,残留丁醇及制膜温度和干燥时间对薄膜折射率的影响。薄膜交流电阻率测量结果显示:50bp短链DNA-CTMA薄膜的交流电阻率要比2000bp长链DNA-CTMA薄膜的交流电阻率小2-3个数量级;DNA-CTMA薄膜的电阻随交流电频率的增大而减小;随交流电频率的增大,50bp短链DNA-CTMA薄膜的电阻比2000bp长链DNA-CTMA薄膜电阻减小得更快。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 DNA-类脂复合物的光电特性及其在光电子器件中的应用
• 1.1 DNA 光电材料研究的发展现状性
• 1.1.1 国内外DNA 分子材料提取技术的研究现状
• 1.1.2 DNA-类脂复合物薄膜制备的研究现状
• 1.1.3 表面活化剂对DNA 物理性质的影响
• 1.2 DNA-类脂复合物在光电子器件中的应用
• 1.2.1 DNA 生物有机发光二极管（BioLED）
• 1.2.2 生物有机半导体场效应管（BioFET）
• 1.2.3 DNA-类脂复合物在主-客掺杂型波导中的应用
• 1.3 小结与讨论
• 2 薄膜波导理论分析
• 2.1 薄膜介质光波导的几何结构
• 2.2 射线光学分析薄膜波导的模式
• 2.3 平板波导的电磁理论
• 2.4 平板波导参数的测量方法
• 2.4.1 平板波导折射率和厚度的测量
• 2.4.2 光波导传输损耗的测量
• 2.5 平板光波导材料
• 3 DNA-CTMA 薄膜波导的制备及其光电特性表征
• 3.1 DNA-CTMA 复合物的制备
• 3.1.1 实验材料和仪器
• 3.1.2 鲫鱼DNA 的提取
• 3.1.3 DNA-CTMA 复合物的制备
• 3.2 DNA-CTMA 薄膜的制备
• 3.2.1 DNA-CTMA 薄膜的制备
• 3.2.2 旋涂制膜法制备不同厚度的薄膜
• 3.3 DNA-CTMA 薄膜的光电特性表征及结果分析
• 3.3.1 DNA-CTMA 薄膜的AFM 形貌图
• 3.3.2 DNA-CTMA 薄膜吸收光谱测量
• 3.3.3 DNA-CTMA 薄膜波导m 线的测量
• 3.3.4 DNA-CTMA 薄膜折射率测量
• 3.3.5 DNA-CTMA 薄膜交流电阻的测量
• 3.4 小结与讨论
• 4 结论与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢