硅属于第四主族元素，是一种常见的半导体材料，它不仅在应用技术领域有广阔的前景，而且在基础研究中也占有重要的地位。在1990年，英国科学家L． T．Canham首次报道多孔硅在室温下具有强烈的光致可见光发射现象，并提出了量子限制理论，此后硅基材料的研究和应用更是引起了人们极大的关注。现在人们的眼光已经从过去集中在以集成电路和计算机为基础的微电子产业上的应用，扩展到生物芯片(基因、蛋白等生物传感方面)、分子电子器件、太阳能电池、微全分析系统和微米(或纳米)机械系统等多个前沿领域。可是随着科技的发展，已有的硅基材料因自身的一些不足已不能满足需求，例如：硅/氧化硅界面的电学缺陷，多孔硅纳米结构的不稳定性等。在硅表面上的组装单分子膜不仅可以很好的觯决以上问题，而且可以赋予其新的性质。最近人们固定生物分子(抗原、蛋白、酶、DNA等)，实现了硅材料的生物功能化。人们还将一些具有电活性的分子(苯乙烯、二茂铁、卟啉、聚吡咯、聚噻吩等)组装到硅表面，并测试电学性质，也得到了一些非常有益的结果。可见通过这种方法，我们可以开发出多种新型硅基材料。本论义也正是基于此，展开了以下四个方面的研究： 1) 由于多孔硅在空气中易氧化，和其多孔纳米结构不稳定、易塌陷等缺陷限制了其进一步的应用，所以我们设计嫁接一层聚合物单分子膜来保护其多孔层。将含零价铂催化剂的聚烯基硅氧烷通过加热的方法共价偶联到多孔硅的表面，并利用傅立叶变化透射红外、_干涉反射、荧光等光谱表征了这一反应过程。再通过荧光、红外光谱记录了修饰后的多孔硅在(pH=13)碱性溶液中的氧化过程。结果表明这层聚合物膜不仅可以具有很好的抗氧化能力，而且具有加固多孔硅纳米结构的作用。 2) 开发了一种简单的三步反应在多孔硅表面固定生物大分子的方法。第一步：通过碱性水解将硅烷偶联剂嫁接到多孔硅表面，从而引入氨基基团；第二步：分别嫁接两种交联剂，一种引入可以和生物分子中的氨基反应的琥珀亚酰胺基团，另一种是引入可以和巯基反应的马来亚酰胺基团；第三步：首先将荧光标记蛋白固定到含有琥珀亚酰胺基团的多孔硅表面，通过测试荧光光谱来证明这种方法的有效性。此外，我们还在其表面固定了另外一种生物分子—小鼠单克隆抗体，并利用酶联免疫吸附试验证明了它的生物活性。对于含有马来亚酰胺基团的多孔硅表面，我们固定了含有巯基的还原型尿激酶，利用酶标仪记录了它和底物的相互作用，结果也表明了其具有生物活性。整个过程，我们采用了透射红外、X射线光电子能谱、荧光光谱等多种手段表征。 3) 首先合成了一种头基为二茂铁基团的长链烯烃分子。随后利用微波引发的碳碳双键和硅氢键之间的链式反应，将其嫁接到平面硅的表面。对于这一反应过程，采用了X射线光电子能谱、反射红外光谱、原子力显微镜等多种手段进行了表征。最后通过循环伏安电化学法和电敏感原子力显微镜的导电模式对其进行电学性质测试，结果表明这层单分子膜可以提高硅片的介电常数。同时还观察到了一种不稳定的类似负微分电流现象。 4) 利用电敏感原子力显微镜的导电模式，结合荧光光谱、原子力显微镜、场发射扫描电镜，研究了金属/多孔硅/硅分子结的电荷传递，并探讨其机理。接着利用微波将两种头基为二茂铁基团的烯烃分子嫁接到多孔硅的表面，同时还采用了X射线光电子能谱、透射红外光谱、原子力显微镜进行表征。随后同样采用了电敏感原子力显微镜的导电模式对修饰了含有二茂铁基团的单分子膜的多孔硅样品进行了电学性质测试。并利用已建立的机理来阐述其电学性质，这些结论会对有助于进一步研究以多孔硅为基础的做电子器件。