وان لانگمویر بلاگت با مانع دوتایی. فناوری لانگمویر-بلاجت

معرفی

لانگمویر-بلاجت از یک شی اساساً جدید فیلم می گیرد فیزیک مدرن، و هر یک از خواص آنها غیر معمول است. حتی فیلم‌های ساده‌ای که از تک لایه‌های یکسان تشکیل شده‌اند، دارای تعدادی ویژگی منحصربه‌فرد هستند، به غیر از مجموعه‌های مولکولی ساخته‌شده خاص. فیلم های لانگمویر-بلاجت انواع مختلفی پیدا می کنند استفاده عملیدر زمینه های مختلف علم و فناوری: در الکترونیک، اپتیک، شیمی کاربردی، میکرومکانیک، زیست شناسی، پزشکی و غیره. تک لایه های لانگمویر با موفقیت به عنوان اشیاء مدل برای مطالعه خواص فیزیکی ساختارهای دو بعدی مرتب شده استفاده می شوند. روش Langmuir-Blodgett این امکان را فراهم می کند که به سادگی خواص سطحی یک تک لایه را تغییر داده و پوشش های فیلم با کیفیت بالا تشکیل دهد. همه اینها به دلیل کنترل دقیق ضخامت فیلم حاصل، یکنواختی پوشش، زبری کم و در صورت انتخاب شرایط مناسب، چسبندگی فیلم به سطح امکان پذیر است. با تغییر ساختار سر قطبی مولکول آمفیفیلیک، ترکیب تک لایه، و همچنین شرایط جداسازی - ترکیب زیرفاز و فشار سطح، می توان خواص فیلم ها را نیز به راحتی تغییر داد. روش Langmuir-Blodgett اجازه می دهد تا مولکول ها و کمپلکس های مولکولی مختلف، از جمله مولکول های فعال بیولوژیکی را در یک تک لایه جاسازی کنیم.

1. تاریخچه کشف فیلم لانگمویر

این داستان با یکی از سرگرمی های متعدد بنجامین فرانکلین، دانشمند برجسته آمریکایی و دیپلمات محترم آغاز می شود. فرانکلین در سال 1774 در اروپا، جایی که در حال حل و فصل درگیری دیگری بین انگلستان و ایالات آمریکای شمالی بود. وقت آزادبا فیلم های روغنی روی سطح آب آزمایش کرد. وقتی معلوم شد که فقط یک قاشق روغن روی سطح حوضچه ای به مساحت نیم جریب (1 هکتار؟ 4000 متر مربع) پخش می شود، دانشمند بسیار شگفت زده شد. اگر ضخامت فیلم تشکیل شده را محاسبه کنیم، معلوم می شود که از ده نانومتر تجاوز نمی کند (1 نانومتر = 10-7 سانتی متر). به عبارت دیگر، فیلم تنها حاوی یک لایه مولکول است. این واقعیت اما تنها 100 سال بعد متوجه شد. یک زن انگلیسی کنجکاو به نام اگنس پوکلز در وان حمام خود شروع به اندازه گیری کرد. کشش سطحیآب آلوده به ناخالصی های آلی یا به عبارت ساده صابون. معلوم شد که یک فیلم صابون پیوسته به طور قابل توجهی کشش سطحی را کاهش می دهد (به یاد بیاورید که انرژی لایه سطحی در واحد سطح است). پوکلز در مورد آزمایشات خود به فیزیکدان و ریاضیدان مشهور انگلیسی لرد رایلی نوشت که نامه ای با نظرات خود به یک مجله معتبر ارسال کرد. سپس خود ریلی آزمایش‌های پوکلز را بازتولید کرد و به این نتیجه رسید: «پدیده‌های مشاهده‌شده فراتر از نظریه لاپلاس هستند و توضیح آنها نیازمند رویکرد مولکولی است». به عبارت دیگر، ملاحظات نسبتاً ساده - پدیدارشناختی - ناکافی بودند، لازم بود ایده هایی در مورد ساختار مولکولی ماده درگیر شود، سپس به دور از بدیهیات و به طور کلی پذیرفته نشد. به زودی دانشمند و مهندس آمریکایی ایروینگ لانگمویر (1881 ... 1957) در صحنه علمی ظاهر شد. همه اش بیوگرافی علمی«تعریف معروف» را رد می کند که طبق آن «فیزیکدان کسی است که همه چیز را می فهمد، اما هیچ نمی داند. یک شیمیدان، برعکس، همه چیز را می داند و چیزی نمی فهمد، در حالی که یک فیزیکوشیمیدان نمی داند و نمی فهمد. لانگمویر اهدا شد جایزه نوبلدقیقا برای کارشان در شیمی فیزیک، قابل توجه به دلیل سادگی و تفکر. علاوه بر نتایج کلاسیک به دست آمده توسط لانگمویر در زمینه گسیل ترمیونی، فناوری خلاء و جذب، او بسیاری از روش‌های تجربی جدید را توسعه داد که ماهیت تک مولکولی لایه‌های سطحی را تأیید کرد و حتی تعیین جهت مولکول‌ها و ناحیه خاص را ممکن ساخت. توسط آنها اشغال شده است. علاوه بر این، لانگمویر اولین کسی بود که فیلم هایی با ضخامت یک مولکول - تک لایه ها - را از سطح آب به زیرلایه های جامد منتقل کرد. متعاقباً، شاگرد او کاترینا بلاجت تکنیک انتقال چند لایه یک لایه پس از دیگری را توسعه داد، به طوری که یک ساختار انباشته روی هم، یا چند لایه، بر روی یک بستر جامد، که اکنون فیلم لانگمویر-بلاجت نامیده می شود، به دست می آید. برای تک لایه ای که روی سطح آب قرار دارد، نام "فیلم لانگمویر" اغلب حفظ می شود، اگرچه در رابطه با فیلم های چند لایه نیز استفاده می شود.

2. مولکول های پری دریایی

معلوم می شود که مولکول های نسبتاً پیچیده اعتیادهای خاص خود را دارند. به عنوان مثال، برخی از مولکول های آلی "دوست دارند" با آب تماس بگیرند، در حالی که برخی دیگر از این تماس اجتناب می کنند، "از آب می ترسند". آنها به ترتیب - مولکول های آبدوست و آبگریز نامیده می شوند. با این حال، مولکول هایی مانند پری دریایی نیز وجود دارد - یک قسمت آبدوست و دیگری آبگریز است. مولکول های پری دریایی باید یک مشکل را برای خودشان حل کنند: آیا باید در آب باشند یا نه (اگر سعی کنیم آنها را بپزیم. محلول آب). راه حل پیدا شده معلوم می شود که واقعاً سلیمان است: البته، آنها در آب خواهند بود، اما فقط نیمی. مولکول های پری دریایی در سطح آب قرار دارند به طوری که سر آبدوست آنها (که به طور معمول دارای بارهای جداگانه است - یک گشتاور دوقطبی الکتریکی) در آب پایین می آید و یک دم آبگریز (معمولاً یک زنجیره هیدروکربنی) بیرون می زند. محیط گازی اطراف (شکل 1) ...

موقعیت پری دریایی ها تا حدودی ناراحت کننده است، اما یکی از اصول اساسی فیزیک سیستم های بسیاری از ذرات - اصل حداقل انرژی آزاد را برآورده می کند و با تجربه ما در تضاد نیست. هنگامی که یک لایه تک مولکولی روی سطح آب تشکیل می شود، سرهای آبدوست مولکول ها در آب غوطه ور می شوند، در حالی که دم های آبگریز به صورت عمودی بالای سطح آب بیرون می آیند. نباید فکر کرد که فقط برخی از مواد عجیب و غریب تمایل به قرار گرفتن در دو فاز (آبی و غیر آبی) دارند که اصطلاحاً به آن آمفیفیلیسیته می گویند. برعکس، روش‌های سنتز شیمیایی، حداقل در اصل، می‌توانند یک دم آبگریز را به تقریباً هر مولکول آلی «دوختن» کنند، به طوری که دامنه مولکول‌های پری دریایی بسیار وسیع است و همه آنها می‌توانند اهداف متنوعی داشته باشند.

3. انواع فیلم لانگمویر

دو روش برای انتقال تک لایه ها به بسترهای جامد وجود دارد که هر دو به طرز مشکوکی ساده هستند، زیرا می توان آنها را به معنای واقعی کلمه با دست خالی انجام داد.

تک‌لایه‌های مولکول‌های آمفی‌فیل را می‌توان از سطح آب به یک بستر جامد به روش لانگمویر-بلاجت (بالا) یا روش شفر (پایین) منتقل کرد. روش اول شامل " سوراخ کردن " تک لایه با یک بستر متحرک عمودی است. این به فرد اجازه می دهد تا لایه هایی از X - (دم مولکولی که به سمت بستر هدایت می شوند) و نوع Z (جهت معکوس) به دست آورد. روش دوم به سادگی لمس تک لایه با بستر افقی است. تک لایه های نوع X می دهد. اولین روش توسط لانگمویر و بلاجت ابداع شد. تک لایه با کمک یک مانع شناور به کریستال مایع تبدیل می شود - به حالت کریستال مایع دو بعدی آورده می شود و سپس به معنای واقعی کلمه با یک بستر سوراخ می شود. در این حالت، سطحی که قرار است فیلم به آن منتقل شود به صورت عمودی جهت گیری می شود. جهت گیری مولکول های پری دریایی روی زیرلایه بستگی به این دارد که آیا بستر از طریق یک لایه به آب پایین می آید یا برعکس، از آب به هوا بالا می رود. اگر بستر در آب غوطه ور شود، دم "پری دریایی" به سمت بستر هدایت می شود (بلجت این ساختار را تک لایه نوع X می نامد) و اگر بیرون کشیده شود، برعکس، از بستر (Z- نوع تک لایه)، شکل. 2a. با تکرار انتقال تک لایه ها یکی پس از دیگری در شرایط مختلف، می توان لایه های سه پشته ای را به دست آورد. انواع متفاوت(X,Y,Z) که از نظر تقارن با یکدیگر تفاوت دارند. به عنوان مثال، چند لایه از نوع X و Z (شکل 3) مرکز انعکاس - وارونگی ندارند و بسته به جهت گیری مثبت فاصله دار، دارای یک محور قطبی هستند که از زیرلایه یا به زیرلایه هدایت می شود. و بارهای الکتریکی منفی، یعنی بسته به جهت گشتاور دوقطبی الکتریکی مولکول. چندلایه های نوع Y از لایه های دوتایی یا همانطور که می گویند دولایه تشکیل شده اند (به هر حال آنها مشابه غشاهای بیولوژیکی ساخته شده اند) و به نظر می رسد متقارن مرکزی هستند. ساختارهای چندلایه انواع X، Z و Y در جهت گیری مولکول ها نسبت به بستر متفاوت است. ساختارهای نوع X و Z قطبی هستند، زیرا همه مولکول‌ها در یک جهت نگاه می‌کنند (به ترتیب دنباله‌ها به سمت زیرلایه یا از زیرلایه برای نوع X و Z هستند).


برنج. 3. ساختارهای X و Z

ساختار Y مربوط به یک بسته بندی دو لایه غیر قطبی است که یادآور دستگاه غشای بیولوژیکی است. روش دوم توسط شفر، که او نیز شاگرد لانگمویر بود، پیشنهاد شد. بستر تقریباً به صورت افقی جهت گیری شده است و با تک لایه ای که در فاز جامد نگه داشته می شود در تماس نور قرار می گیرد (شکل 2b). تک لایه به سادگی به بستر می چسبد. با تکرار این عمل می توانید یک چندلایه نوع X بدست آورید. در شکل 4 فرآیند رسوب یک لایه را هنگام برداشتن بستر از زیر فاز نشان می دهد: سرهای آبدوست مولکول های آمفیفیلیک به زیرلایه می چسبند. اگر بستر از هوا به زیر فاز فرود آید، مولکول‌ها با دم‌های هیدروکربنی به آن می‌چسبند.

4. تاسیسات تولید فیلم

بلوک دیاگرام کلی نصب لانگمویر

1 - حمام لانگمویر; 2 - جعبه شفاف مهر و موم شده;

3 - صفحه پایه فلزی عظیم؛ 4 - کمک فنر;

5 - مانع متحرک; 6 - تعادل ویلهلمی; 7 - صفحه تعادل ویلهلمی; 8 - بستر؛ 9 - محرک الکتریکی مانع (5);

I0 - محرک الکتریکی بستر (8); II - پمپ پریستالتیک؛

I2 - رابط ADC / DAC با تقویت کننده های قدرت.

کامپیوتر شخصی IBM PC / 486.

این دستگاه با استفاده از رایانه شخصی کنترل می شود برنامه ویژه... برای اندازه گیری فشار سطحی، از تعادل Wilhelmy استفاده می شود (فشار سطحی یک تک لایه، تفاوت کشش سطحی روی سطح آب تمیز و روی سطحی است که با یک لایه سورفکتانت پوشیده شده است). در واقع، ترازوی ویلهلمی نیروی F = F 1 + F 2 را اندازه گیری می کند که با آن یک صفحه خیس شده در آب به داخل آب کشیده می شود (شکل 7 را ببینید). یک تکه کاغذ صافی به عنوان صفحه خیس شده استفاده می شود. ولتاژ خروجی تعادل ویلهلمی به طور خطی با فشار سطح مرتبط است. این ولتاژ به ورودی ADC نصب شده در کامپیوتر می رود. سطح تک لایه با استفاده از یک رئوستات اندازه گیری می شود، افت ولتاژ در سراسر آن به طور مستقیم با مقدار مختصات مانع متحرک متناسب است. سیگنال از رئوستات نیز به ورودی ADC تغذیه می شود. برای اجرای انتقال متوالی یک تک لایه از سطح آب به یک بستر حالت جامد با تشکیل ساختارهای چندلایه، از دستگاه مکانیکی (10) استفاده می شود که به آرامی (با سرعت چند میلی متر در دقیقه) زیرلایه را پایین آورده و بلند می کند. (8) از طریق سطح تک لایه. با انتقال متوالی تک لایه ها به بستر، مقدار ماده تشکیل دهنده تک لایه روی سطح آب کاهش می یابد و مانع متحرک (5) به طور خودکار حرکت می کند و فشار سطح را ثابت نگه می دارد. مانع متحرک (5) از طریق یک کامپیوتر با استفاده از ولتاژ تامین شده از خروجی DAC از طریق تقویت کننده قدرت به موتور مربوطه کنترل می شود. حرکت زیرلایه از روی صفحه کنترل با استفاده از دستگیره ها برای تنظیم درشت و صاف سرعت بستر کنترل می شود. ولتاژ منبع تغذیه از واحد منبع تغذیه به صفحه کنترل و از آنجا از طریق تقویت کننده برق به موتور الکتریکی مکانیسم بالابر تغذیه می شود.

نصب خودکار KSV 2000

روش به دست آوردن فیلم های لانگمویر-بلاجت شامل بسیاری از عملیات های فنی ابتدایی است، به عنوان مثال. تأثیرات اولیه بر روی سیستم از خارج، که در نتیجه فرآیندهای تشکیل ساختار در سیستم "زیر فاز - تک لایه - گاز - بستر" انجام می شود که در نهایت کیفیت و خواص چند ساختاری را تعیین می کند. برای به دست آوردن فیلم ها، از نصب خودکار KSV 2000 استفاده شد. نمودار نصب در شکل نشان داده شده است. هشت


برنج. 8. نمودار نصب KSV 2000

یک کووت تفلون سه بخش متقارن 2 در زیر درپوش محافظ 1 روی میز ضد لرزش 11 قرار داده شده است، که در امتداد طرفین آن موانع تفلون در جهت مخالف حرکت می کنند. توسط یک سنسور الکترونیکی فشار سطحی 6. واحد کنترل 7 به موانع موتور جابجایی 8 متصل می شود و حفظ فشار سطح معین (تعیین شده از ایزوترم تراکم و متناظر با حالت سفارشی تک لایه) را در طول انتقال تک لایه تضمین می کند. به سطح بستر زیرلایه 3 در نگهدارنده با زاویه معینی نسبت به سطح زیرفاز بسته می شود و توسط دستگاه 10 (مجهز به مکانیزمی برای انتقال بستر بین بخش های کووت) با استفاده از درایو 9 حرکت می کند. قبل از چرخه فناوری سطح زیرفاز 12 با تمیز کردن با کمک پمپ 13 مقدماتی آماده می شود. نصب خودکار و مجهز به کامپیوتر است. 14. قسمت اصلی نصب - یک کووت تفلون (نمای بالا در شکل نشان داده شده است. 9) - از سه محفظه تشکیل شده است: دو محفظه هم اندازه برای پاشیدن مواد مختلف به زیر فاز و یک محفظه کوچک با سطح تمیز. وجود یک کووت سه بخش در نصب ارائه شده، مکانیزمی برای انتقال یک بستر بین بخش ها و دو کانال مستقل برای کنترل موانع، امکان به دست آوردن فیلم های مخلوط Langmuir متشکل از تک لایه های مواد مختلف را فراهم می کند.

در شکل شکل 10 یکی از دو محفظه سلولی یکسان با سنسور فشار سطحی و موانع را نشان می دهد. مساحت سطح تک لایه به دلیل حرکت موانع تغییر می کند. موانع از تفلون ساخته شده اند و به اندازه کافی سنگین هستند که از نشت تک لایه زیر مانع جلوگیری می کنند.


برنج. 10. محفظه سلولی

مشخصات نصب:

حداکثر اندازه زیرلایه 100 * 100 میلی متر است

نرخ رسوب فیلم 0.1-85 میلی متر در دقیقه

تعداد چرخه های رسوب 1 یا بیشتر

زمان خشک شدن فیلم در یک چرخه 0-10 4 ثانیه

محدوده اندازه گیری سطح 0-250 mN / m

فشار

دقت اندازه گیری 5 μN/m

فشار سطحی

مساحت محفظه نصب بزرگ 775 * 120 میلی متر است

حجم زیرفاز 5.51 لیتر

کنترل دمای زیر فاز 0-60 درجه سانتیگراد

سرعت مانع 0.01-800 میلی متر در دقیقه

5. عوامل مؤثر بر کیفیت فیلم های لانگمویر-بلاجت

فاکتور کیفیت فیلم های لانگمویر-بلاجت به صورت زیر بیان می شود

K = f (K us، K کسانی که، K pav، Kms، Kp)،

K us - دستگاه های اندازه گیری؛

Ktech - خلوص تکنولوژیکی؛

Kpav - ماهیت فیزیکوشیمیایی سورفکتانت اسپری شده روی فاز فرعی.

Kms - حالت فاز تک لایه روی سطح زیر فاز.

Кп - نوع بستر.

دو عامل اول به طراحی و فناوری مربوط می شود و بقیه به عوامل فیزیکی و شیمیایی مربوط می شود.

1. وسایل اندازه گیری شامل وسایلی برای جابجایی بستر و مانع می باشد. الزامات آنها در شکل گیری چند ساختار به شرح زیر است:

* عدم وجود ارتعاشات مکانیکی؛

* ثبات سرعت حرکت نمونه؛

* ثبات سرعت حرکت مانع؛

2. تعمیر و نگهداری سطح بالاخلوص تکنولوژیکی

ارائه شده است:

* کنترل خلوص مواد اولیه (استفاده از آب مقطر به عنوان پایه زیرفاز، تهیه محلول سورفکتانت و الکترولیت بلافاصله قبل از استفاده).

* انجام عملیات مقدماتی مانند حکاکی و شستشوی بسترها.

* تمیز کردن اولیه سطح زیر فاز؛

* ایجاد یک حجم شبه بسته در محل کار نصب؛

* انجام کلیه کارها در یک اتاق تخصصی با آب و هوای مصنوعی - "اتاق تمیز".

3. عاملی که ماهیت فیزیکوشیمیایی سورفکتانت را تعیین می کند، ویژگی های فردی ماده را مشخص می کند:

* ساختار (هندسه) مولکول، که نسبت برهمکنش های آبدوست و آبگریز بین مولکول های خود سورفکتانت و مولکول های سورفکتانت و زیر فاز را تعیین می کند.

* حلالیت سورفکتانت ها در آب؛

* خواص شیمیاییسورفاکتانت

برای به دست آوردن فیلم هایی با کمال ساختاری بالا، کنترل پارامترهای زیر ضروری است:

کشش سطحی در تک لایه و ضریب انتقال مشخص کننده وجود نقص در LBF.

دما، فشار و رطوبت محیط،

زیر فازهای PH،

نرخ رسوب فیلم

ضریب تراکم پذیری برای مقاطع ایزوترم به شرح زیر تعریف می شود:

که در آن (S, P) - مختصات ابتدا و انتهای بخش خطی ایزوترم.

6. خواص منحصر به فرد فیلم ها

چند لایه یک شی اساساً جدید فیزیک مدرن است و بنابراین هر یک از خواص آنها (نوری، الکتریکی، صوتی و غیره) کاملاً غیر معمول است. حتی ساده‌ترین ساختارهایی که از تک لایه‌های یکسان تشکیل شده‌اند، دارای تعدادی ویژگی منحصربه‌فرد هستند، به غیر از مجموعه‌های مولکولی ساخته‌شده خاص.

به محض اینکه ما قبلاً می دانیم که چگونه یک لایه تک لایه از مولکول های هم جهت روی یک بستر جامد به دست آوریم، این وسوسه وجود دارد که یک منبع ولتاژ الکتریکی یا مثلاً یک دستگاه اندازه گیری را به آن وصل کنیم. سپس این دستگاه‌ها را مستقیماً به انتهای هر مولکول متصل می‌کنیم. تا همین اواخر، چنین آزمایشی غیرممکن بود. می توان میدان الکتریکی را روی تک لایه اعمال کرد و تغییر باندهای جذب نوری ماده را مشاهده کرد یا جریان تونل زنی در مدار خارجی را اندازه گیری کرد. اتصال یک منبع ولتاژ به یک تک لایه از طریق یک جفت الکترود فیلم منجر به دو اثر بسیار واضح می شود (شکل 11). ابتدا میدان الکتریکی موقعیت نوارهای جذب نور توسط مولکول را در مقیاس طول موج تغییر می دهد. این اثر کلاسیک استارک (به نام فیزیکدان مشهور آلمانی که آن را در سال 1913 کشف کرد) است، که با این حال، در در این مورداین دارد ویژگی های جالب... نکته این است که جهت جابجایی نوار جذب، همانطور که مشخص شد، به جهت گیری متقابل بردار میدان الکتریکی و گشتاور دوقطبی ذاتی مولکول بستگی دارد. و این همان چیزی است که به آن منتهی می شود: برای یک ماده و علاوه بر این، با جهت یکسان میدان، نوار جذب به ناحیه قرمز برای تک لایه نوع X و به آبی - برای تک لایه نوع Z تغییر می کند. بنابراین، جهت تغییر باند را می توان برای قضاوت در مورد جهت دوقطبی ها در تک لایه استفاده کرد. از نظر کیفی این وضعیت فیزیکیقابل درک است، اما اگر بخواهیم جابجایی باندها را به صورت کمی تفسیر کنیم، جالب ترین سؤال مطرح می شود که دقیقاً چگونه میدان الکتریکی در طول یک مولکول پیچیده توزیع می شود. تئوری اثر استارک بر اساس فرض اتم‌ها و مولکول‌های نقطه‌ای ساخته شده است (این طبیعی است - به هر حال اندازه آنها بسیار کوچکتر از طولی است که میدان تغییر می‌کند)، در اینجا رویکرد باید کاملاً متفاوت باشد. هنوز توسعه نیافته است. اثر دیگر عبور جریان تونل زنی از یک تک لایه ( می آیددر مورد مکانیسم نشت مکانیکی کوانتومی الکترون ها از طریق سد پتانسیل). در دماهای پایین، جریان تونل زنی از طریق تک لایه لانگمویر در واقع مشاهده می شود. تفسیر کمی از این پدیده صرفا کوانتومی باید شامل در نظر گرفتن پیکربندی پیچیده مولکول پری دریایی نیز باشد. و اتصال ولت متر به تک لایه چه می تواند بدهد؟ به نظر می رسد که پس از آن می توانید تغییر در ویژگی های الکتریکی مولکول را هنگام قرار گرفتن در معرض آن نظارت کنید عوامل خارجی... به عنوان مثال، روشن شدن یک تک لایه گاهی با توزیع مجدد بار قابل توجه در هر مولکولی که کوانتومی نور را جذب کرده است، همراه است. این اثر به اصطلاح انتقال بار درون مولکولی است. یک کوانتوم نور، همانطور که بود، یک الکترون را در امتداد مولکول حرکت می دهد و این باعث القای جریان الکتریکی در مدار خارجی می شود. بنابراین ولت متر فرآیند نور الکترونیکی درون مولکولی را ثبت می کند. حرکت درون مولکولی بارها نیز می تواند با تغییر دما ایجاد شود. در این حالت، گشتاور دوقطبی الکتریکی کل تک لایه تغییر می کند و به اصطلاح جریان پیروالکتریک در مدار خارجی ثبت می شود. ما تأکید می کنیم که هیچ یک از پدیده های توصیف شده در فیلم هایی با توزیع تصادفی مولکول ها بر روی جهت ها مشاهده نمی شود.

از فیلم های لانگمویر می توان برای شبیه سازی اثر غلظت انرژی نور بر روی برخی از مولکول های انتخاب شده استفاده کرد. به عنوان مثال، در مرحله اولیه فتوسنتز در گیاهان سبز، نور توسط انواع خاصی از مولکول های کلروفیل جذب می شود. مولکول های برانگیخته به اندازه کافی عمر می کنند و خود تحریکی می تواند از طریق مولکول هایی با فاصله متراکم از همان نوع حرکت کند. این برانگیختگی اکسایتون نامیده می شود. "راهپیمایی" اکسایتون در لحظه ای که وارد "حفره گرگ" می شود به پایان می رسد، که نقش آن را یک مولکول کلروفیل از نوع دیگری با انرژی تحریک کمی کمتر ایفا می کند. به این مولکول انتخاب شده است که انرژی از بسیاری از برانگیختگان برانگیخته شده توسط نور منتقل می شود. انرژی نور جمع آوری شده از یک منطقه بزرگ در یک منطقه میکروسکوپی متمرکز می شود - یک "قیف برای فوتون ها" به دست می آید. این قیف را می توان با استفاده از تک لایه ای از مولکول های جاذب نور، که در آن تعداد کمی از مولکول های رهگیر اکسایتون در هم قرار گرفته اند، مدل سازی کرد. پس از گرفتن اکسایتون، مولکول رهگیر نور با طیف مشخصه خود ساطع می کند. چنین تک لایه ای در شکل نشان داده شده است. 12 الف. هنگامی که روشن می شود، می توان درخشندگی هر دو مولکول - جاذب نور و مولکول ها - رهگیرهای اکسیتون ها را مشاهده کرد. شدت نوارهای لومینسانس هر دو نوع مولکول تقریباً یکسان است (شکل 12b)، اگرچه تعداد آنها 2 ... 3 مرتبه قدر متفاوت است. این ثابت می کند که مکانیزمی برای تمرکز انرژی، یعنی اثر قیف فوتون وجود دارد.

امروزه، ادبیات علمی به طور فعال این سوال را مورد بحث قرار می دهد: آیا می توان آهنرباهای دو بعدی ساخت؟ و از نظر فیزیکی، ما در مورد این صحبت می کنیم که آیا احتمال اساسی وجود دارد که برهمکنش گشتاورهای مغناطیسی مولکولی واقع در همان صفحه منجر به مغناطش خود به خودی شود یا خیر. برای حل این مشکل، اتم‌های فلزات واسطه (مثلا منگنز) به مولکول‌های پری دریایی آمفی‌فیل وارد می‌شوند و سپس تک‌لایه‌هایی با روش بلوجت به‌دست می‌آیند و خواص مغناطیسی آن‌ها در دماهای پایین بررسی می‌شود. اولین نتایج نشان دهنده امکان ترتیب فرومغناطیسی در سیستم های دو بعدی است. و یک مثال دیگر که خواص فیزیکی غیرعادی فیلم های لانگمویر را نشان می دهد. به نظر می رسد که در سطح مولکولی امکان انتقال اطلاعات از یک تک لایه به لایه دیگر، همسایه وجود دارد. پس از آن، تک لایه مجاور را می توان جدا کرد و بنابراین یک کپی از آنچه در تک لایه اول "ضبط شده" بود به دست آورد. این کار به صورت زیر انجام می شود. به عنوان مثال، فرض کنید با روش بلاجت، تک لایه ای از این گونه مولکول ها را به دست آوریم که قادر به جفت شدن - دیمر شدن - تحت تأثیر عوامل خارجی، به عنوان مثال، یک پرتو الکترونی هستند (شکل 13). ما مولکول های جفت نشده را صفر و مولکول های جفت شده را به عنوان واحدهای کد اطلاعات دودویی در نظر می گیریم. با این صفر و یک ها، مثلاً می توان متن خوانایی نوری نوشت، زیرا مولکول های جفت نشده و جفت دارای نوارهای جذب متفاوتی هستند. اکنون روی این تک لایه با استفاده از روش Blodgett، تک لایه دوم را اعمال می کنیم. سپس، به دلیل ویژگی‌های تعامل بین مولکولی، جفت‌های مولکولی دقیقاً همان جفت‌ها را جذب می‌کنند و مولکول‌های تنها مولکول‌های تنها را ترجیح می‌دهند. در نتیجه کار این "باشگاه علایق"، تصویر اطلاعاتی در تک لایه دوم تکرار خواهد شد. با جدا کردن تک لایه بالایی از زیرین می توان یک کپی به دست آورد. این فرآیند کپی کاملاً شبیه به فرآیند تکثیر اطلاعات از مولکول‌های DNA است - نگهبانان کد ژنتیکی- روی مولکول های RNA که اطلاعات را به محل سنتز پروتئین در سلول های موجودات زنده منتقل می کنند.

نتیجه

چرا روش LB هنوز به طور گسترده اجرا نشده است؟ زیرا در مسیر به ظاهر آشکار، دام هایی وجود دارد. تکنیک LB از نظر ظاهری ساده و ارزان است (خلاء فوق العاده بالا، دماهای بالا و غیره)، اما در ابتدا برای ایجاد اتاق های تمیز به ویژه هزینه های قابل توجهی نیاز دارد، زیرا هر ذره گرد و غباری که حتی بر روی یکی از تک لایه های ساختار ناهموار نشسته است. عیب جبران ناپذیری است.... همانطور که مشخص شد ساختار تک لایه یک ماده پلیمری به طور قابل توجهی به نوع حلالی که محلول در آن برای استفاده در حمام تهیه می شود بستگی دارد.

اکنون درک درستی از اصولی حاصل شده است که براساس آن می توان طراحی و تولید نانوساختارها با استفاده از فناوری لانگمویر را برنامه ریزی و انجام داد. با این حال، روش‌های جدیدی برای مطالعه ویژگی‌های نانودستگاه‌های از قبل تولید شده مورد نیاز است. بنابراین، تنها پس از به دست آوردن درک عمیق تر از قوانین حاکم بر خواص فیزیکوشیمیایی چنین مواد و شرایط ساختاری آنها، می توانیم پیشرفت بیشتری در طراحی، ساخت و مونتاژ نانوساختارها داشته باشیم. بازتاب سنجی اشعه ایکس و نوترون و پراش الکترونی به طور سنتی برای مطالعه فیلم های LB استفاده می شود. با این حال، داده های پراش همیشه در ناحیه ای که پرتو تابش روی آن متمرکز شده است، میانگین می شود. بنابراین، آنها در حال حاضر توسط نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی تکمیل می شوند. در نهایت، آخرین پیشرفت ها در تحقیقات ساختاری مربوط به راه اندازی منابع سنکروترون است. ایستگاه هایی شروع به ایجاد کرده اند که در آن یک حمام LB و یک پراش سنج اشعه ایکس با هم ترکیب می شوند، به همین دلیل می توان ساختار تک لایه ها را مستقیماً در فرآیند تشکیل روی سطح آب بررسی کرد. علم نانو و توسعه فناوری نانو هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند، اما چشم‌اندازهای بالقوه آن‌ها گسترده است، روش‌های تحقیق دائماً در حال بهبود هستند و کار پیش‌رو لبه‌ای باز نیست.

ادبیات

فیلم تک لایه لانگمویر بلاگت

1. بلینوف ال.ام. " مشخصات فیزیکیو استفاده از ساختارهای تک و چند مولکولی لانگمویر. پیشرفت در شیمی. ت 52، شماره 8، ص. 1263 ... 1300, 1983.

2. بلینوف ال.ام. «لنگمویر فیلم» اوسپخی فیزیچسکیخ ناوک، ج 155، ش 3 ص. 443 ... 480, 1988.

3. Savon I.E. کار فارغ التحصیل// بررسی خواص فیلم های لانگمویر و تهیه آنها. مسکو 2010 ص 6-14

اسناد مشابه

مفهوم و خواص کشش سطحی. وابستگی پارامترهای انرژی سطح به دما جذب فعالیت سطحی سورفکتانت ها و مواد غیر فعال. جذب تک مولکولی ایزوترم جذب لانگمویر

ارائه اضافه شده در 11/30/2015

مکانیسم اکسیداسیون آندی سیلیکون تأثیر ضخامت فیلم تشکیل شده با روش کاشت یون و انتقال هیدروژن بر خواص الکتروفیزیکی آن. خواص الکتروفیزیکی ساختارهای سیلیکون روی عایق تحت شرایط اکسیداسیون آندی

پایان نامه، اضافه شده در 2013/09/29

تخلیه با فرکانس بالا خازنی: اطلاعات کلی، انواع، روش های هیجان، ساخت ساده ترین مدل، اشکال وجود. نظریه مختصرروش کاوشگر لانگمویر سیستم معادلات برای تعیین پارامترهای دبی. اندازه گیری جریان تخلیه

پایان نامه، اضافه شده در 2011/04/30

بررسی خواص مواد متخلخل. تغییر تحقیق ویژگی های دی الکتریکو دمای انتقال فاز نمک روشل و تری گلیسین سولفات موجود در Al2O3. به دست آوردن فیلم های اکسیدی با منافذ نانومتری با آندایز کردن آلومینیوم.

پایان نامه، اضافه شده در 2012/09/28

هدف و محدوده نیروگاه راکتور، آن مشخصات فنیو تجزیه و تحلیل اموال مدار هیدرولیک مدرن، آن است ویژگی های متمایز کنندهو ساختار محاسبه فیزیکی نوترونی نصب، اجرای آن با روش های مختلف.

مقاله ترم، اضافه شده 02/11/2016

مفهوم ذرات معلق در هوا، طبقه بندی بر اساس حالت تجمع، پراکندگی و منشاء. خواص جنبشی نوری، الکتریکی و مولکولی ذرات معلق در هوا. ریزهتروژنی کف، تشکیل فیلم. خواص، روش های تشکیل، تخریب فوم ها.

ارائه در تاریخ 1394/08/17 اضافه شد

رسوب پوشش های فیلم مجتمع ترکیب شیمیایی(اکسیدها، نیتریدها، فلزات). مشکل رسوب مگنترون بررسی تاثیر ناپایداری توان و فشار تخلیه مگنترون بر فرآیند رسوب فیلم، نتایج تجربی.

پایان نامه، اضافه شده در 1392/05/19

پراش بازتابی الکترون های سریع به عنوان روشی برای تجزیه و تحلیل ساختار سطحی لایه ها در جریان اپیتاکسی پرتو مولکولی. تجزیه و تحلیل وابستگی دمایی ضخامت یک فیلم سیلیکون و ژرمانیوم بر روی یک سطح سیلیکونی با جهت گیری ضعیف ضعیف

مقاله ترم، اضافه شده 06/07/2011

روشهای فیزیکوشیمیایی برای مطالعه فعالیت سطحی مایعات. مطالعات با استفاده از سیستم مانع لانگمویر-بلاجت و تعادل ویلهلمی دینامیک تشکیل آن در محلول های یک جزئی لورات، کاپریلات پتاسیم و اسید کاپریلیک.

مقاله ترم اضافه شده 11/11/2014

چشم انداز روش های کنترل ضخامت نوری پوشش ها برای اهداف عملکردی مختلف. کنترل ضخامت پوشش های نوری بر اساس اکسیدهای نسوز تشکیل شده توسط سنتز پرتو الکترونی. محاسبه پوشش های تداخلی

کاترین بور بلاجت در 10 ژانویه 1898 در Schenectady، نیویورک (Schenectady، نیویورک) متولد شد و دومین فرزند خانواده بود. پدر او یک وکیل ثبت اختراع در جنرال الکتریک (GE) بود، جایی که او در واقع رئیس بخش ثبت اختراع بود. او قبل از تولد کاترین در خانه اش توسط یک سارق مورد اصابت گلوله قرار گرفت و کشته شد. جنرال الکتریک برای دستگیری قاتل 5000 دلار پیشنهاد داد. مظنونی پیدا شد که خود را در یک سلول زندان در سالم، نیویورک حلق آویز کرد. کاترین، برادرش جورج جونیور و مادرشان در سال 1901 به فرانسه نقل مکان کردند.

در سال 1912، بلوجت به نیویورک بازگشت، جایی که در یک مدرسه خصوصی تحصیل کرد، بنابراین او توانست تحصیلات عالی را دریافت کند، که در آن زمان بسیاری از دختران از آن محروم بودند. کاترین از سنین پایین استعدادهای ریاضی خود را نشان داد و متعاقباً بورسیه ای به کالج برین ماور دریافت کرد، جایی که در ریاضیات و فیزیک به برتری رسید. در سال 1917، او مدرک لیسانس خود را از کالج دریافت کرد.

تصمیم به ادامه آنها تحقیق علمیبلوجت در طول کریسمس از یکی از کارخانه های جنرال الکتریک بازدید کرد، جایی که همکاران سابق پدرش او را به شیمیدان ایروینگ لانگمویر معرفی کردند. لانگمویر پس از بازدید از آزمایشگاه خود، به بلوجت 18 ساله گفت که او باید همچنان بر دانش خود بسازد تا او را به کار وا دارد.

کاترین در سال 1918 با دریافت مشاوره وارد دانشگاه شیکاگو شد و در آنجا موضوع "ماسک گاز" را برای پایان نامه خود انتخاب کرد. در آن زمان، جنگ جهانی اول در سراسر جهان بیداد می کرد و نیروها به ویژه به محافظت در برابر مواد سمی نیاز داشتند. بلاجت توانست ثابت کند که تقریباً تمام گازهای سمی می توانند توسط مولکول های کربن جذب شوند. او تنها 21 سال داشت که مقالات تحقیقاتی در مورد ماسک های ضد گاز را در Physical Review منتشر کرد.

در سال 1924، بلاجت در برنامه آماده سازی دکترای فلسفه در زمینه فیزیک قرار گرفت. او پایان نامه خود را در مورد رفتار الکترون ها در بخار جیوه یونیزه شده نوشت. کاترین دکترای مورد انتظار خود را در سال 1926 دریافت کرد. به محض اینکه استاد شد، بلافاصله در شرکت "GE" به عنوان پذیرفته شد محقق... بلاجت که به لانگمویر منصوب شد، با او برای ایجاد فیلم های تک مولکولی طراحی شده برای پوشش سطح آب، فلز یا شیشه کار کرد. این فیلم‌های ویژه روغنی بودند و می‌توانستند در لایه‌هایی با ضخامت چند نانومتر نگهداری شوند.

در سال 1935، کاترین روشی را برای پخش فیلم های تک مولکولی در یک زمان ایجاد کرد. او از استئارات باریم اصلاح شده برای پوشش دادن شیشه در 44 لایه تک مولکولی استفاده کرد که نفوذپذیری آن را بیش از 99٪ افزایش داد. به این ترتیب "شیشه نامرئی" که اکنون فیلم لانگمویر-بلاجت نامیده می شود، ساخته شد.

بلاجت در طول دوران حرفه‌ای خود هشت حق ثبت اختراع ایالات متحده را دریافت کرده و بیش از 30 مقاله علمی در مجلات مختلف منتشر کرده است. او روشی برای پاکسازی جذبی گازهای سمی، یک سیستم ضد یخ برای بال‌های هواپیما اختراع کرد و نوع استتار نظامی مانند پرده دود را بهبود بخشید.

کاترین هرگز ازدواج نکرده است. او سال‌ها در یک «ازدواج بوستون» (رابطه همجنس‌گرا) با گرترود براون، نماینده خانواده قدیمی شنکتادی، به خوشی زندگی کرد. بعد از براون، بلاجت با السی ارینگتون، مدیر یک مدرسه دخترانه زندگی کرد. کاترین عاشق تئاتر بود، او در اجراها بازی می کرد، عاشق باغبانی و نجوم بود. او عتیقه جات جمع آوری می کرد، با دوستانش بریج بازی می کرد و قافیه های خنده دار می نوشت. بلاجت در 12 اکتبر 1979 در خانه اش درگذشت.

در غیر این صورتفیلم های لانگمویر-بلاجت; روش لانگمویر-بلاجت(انگلیسی خلاصه،پوند) - فن آوری برای به دست آوردن فیلم های تک و چند مولکولی با انتقال بر روی فیلم های جامد لانگمویر (تک لایه های ترکیبات تشکیل شده بر روی سطح مایع).

شرح

روش تشکیل فیلم های تک و چند مولکولی توسط ایروینگ لانگمویر و شاگردش کاترینا بلوجت در دهه 1930 توسعه یافت. V زمان حال این تکنولوژیکه روش لانگمویر-بلاجت نامیده می شود، به طور فعال در تولید دستگاه های الکترونیکی مدرن استفاده می شود.

ایده اصلی روش، تشکیل یک لایه تک مولکولی از یک ماده آمفی‌فیل در سطح آب و انتقال بعدی آن به یک بستر جامد است. در فاز آبی، مولکول های ماده آمفی دوست در سطح مشترک هوا و آب قرار دارند. برای تشکیل یک لایه تک مولکولی سطحی، لایه سطحی با استفاده از پیستون های مخصوص فشرده می شود (شکل 1 را ببینید). با فشرده سازی متوالی همدما، ساختار فیلم تک مولکولی تغییر می کند، که از چند حالت دو بعدی عبور می کند که معمولاً حالت های گاز، کریستال مایع و کریستال جامد نامیده می شود (شکل 2 را ببینید). بنابراین، با دانستن نمودار فاز فیلم، می توان ساختار آن و خواص فیزیکوشیمیایی مربوطه را کنترل کرد. انتقال فیلم بر روی یک تکیه گاه جامد با غوطه ور شدن در یک محلول و حذف بعدی یک بستر صاف از آن انجام می شود که روی آن یک لایه سطحی رخ می دهد. فرآیند انتقال فیلم تک مولکولی را می توان چندین بار تکرار کرد، بنابراین لایه های چند مولکولی مختلف به دست می آید.

تصاویر

نویسندگان

ارمین وادیم ولادیمیرویچ
شلیاختین اولگ الکساندرویچ
استرلتسکی الکسی ولادیمیرویچ

منبع

لانگمویر – فیلم بلاجت // ویکی پدیا، دایره المعارف رایگان. - http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir%E2%80%93Blodgett_film (تاریخ دسترسی: 01.08.2010).

اصطلاح فیلم لانگمویر-بلاجت ( لانگمویر— بلاجت فیلم های) نشان دهنده فیلم های تک یا چند لایه است که از رابط آب و هوا (عموماً مایع - هوا) روی یک بستر جامد منتقل می شوند. فیلم مولکولی در سطح مشترک آب و هوا، فیلم لانگمویر نامیده می شود. اولین مطالعات سیستماتیک تک‌لایه‌های مولکول‌های آمفی‌فیل در سطح مشترک آب و هوا توسط لانگمویر در سال 1917 انجام شد. اولین مطالعه در مورد رسوب یک فیلم چندلایه از زنجیره‌های کربوکسیلیک اسید طولانی بر روی یک بستر جامد توسط K.B. Blodgett در 1935. روش رسوب فیزیکی فیلم های LB با غوطه وری (یا بلند کردن) در مایعی که روی سطح آن یک فیلم آلی قرار دارد، رسوب LB نامیده می شود. آب دیونیزه شده بیشتر به عنوان محیط مایع استفاده می شود، اما مایعات دیگری مانند گلیسیرین و جیوه نیز می توانند استفاده شوند. تمام ناخالصی های آلی باید با فیلتر کردن (از طریق فیلتر کربن فعال) از سطح آب حذف شوند.

برنج. 3.23. تصویر میکروسکوپ تونلی روبشی از InAهای خودآرایی شده روی نقاط کوانتومی GaAs (هر نقطه 6 نانومتر ارتفاع و 30 نانومتر قطر پایه دارد)

موادی که تک لایه های آنها به روش LB منتقل شده و با آب برهمکنش دارند (در آب حل می شوند)، خیس یا متورم می شوند. آب دوست... موادی که با آب تداخل ندارند (حل نمی شوند)، خیس نمی شوند یا متورم نمی شوند. آبگریز... معمولا آمفیفیلیکاین ماده هم در آب و هم در چربی حل می شود، اما در این مورد آمفیفیلمولکولی است که در آب حل نمی شود. یک سر چنین مولکولی آبدوست است و بنابراین ترجیحاً در آب غوطه ور می شود و انتهای دیگر آبگریز است و بنابراین ترجیحاً در هوا (یا در یک حلال غیر قطبی) است.

یک مثال کلاسیک از یک ماده آمفی‌فیلیک اسید استئاریک است (C 1 7 H 35 CO 2 H ) که در آن یک هیدروکربنات طولانی "دم" (C 17 H 35 -) است. آبگریز است و گروه کربوکسیل اصلی (سر) - CO 2 H) آبدوست است از آنجایی که آمفیفیل ها یک انتهای آبدوست دارند (" سر"- سر)، و انتهای دیگر آبگریز است (" دم"- دم)، آنها ترجیح می دهند در رابط هایی مانند هوا-آب یا روغن-آب قرار گیرند. به همین دلیل به آنها سطح فعال نیز می گویند. سورفکتانت ها).

ویژگی منحصر به فرد فیلم های LB توانایی شکل گیری است یک ساختار منظم روی یک سطح جامد از یک ماده غیر کریستالی... این اجازه می دهد تا تک لایه ها را به لایه های مختلف منتقل کنید. در اغلب موارد، هنگام انتقال تک لایه ها، از بسترهایی با سطح آبدوست استفاده می شود

در بند ( پس گرفتن) فرم. می توانید از موادی مانند شیشه، کوارتز، آلومینیوم، کروم، قلع (این دومی به شکل اکسید شده، به عنوان مثال، Al 2 O 3 Al)، طلا، نقره و مواد نیمه رسانا (سیلیکون، آرسنید گالیم و غیره) استفاده کنید. در آزمایش‌های معمولی از ویفرهای سیلیکونی استفاده می‌شود که با جوشاندن در مخلوطی از 30 درصد پراکسید هیدروژن و اسید سولفوریک غلیظ (30/70 درصد وزنی) در دمای 90 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه خالص‌سازی شده‌اند. بسته به نوع عملیات سطحی، بستر را می توان آبدوست یا آبگریز کرد. بسترهای ساخته شده از میکای تازه شکافته شده جالب هستند. آنها دارای سطح اتمی صاف هستند و به طور گسترده در آزمایشات LB به طور مستقل و برای ساخت سطوح اتمی صاف طلا استفاده می شوند.

دو نوع شناخته شده از روش برای انتقال تک لایه ها از سطح مشترک آب و هوا بر روی یک بستر جامد وجود دارد. اولین و رایج ترین گزینه این است نشست عمودیاولین بار توسط Blodgett و Langmuir نشان داده شد. آنها نشان دادند که تک لایه ای از یک ماده آمفی دوست را می توان از سطح مشترک آب-هوا با جابجایی عمودی صفحه رسوب کرد (شکل 3.24).

برنج. 3.24. دستگاهی برای تولید فیلم های چند لایه به روش لانگمویر-بلاجت (الف) و طرح شکل گیری آنها (ب)

هنگامی که بستر از طریق یک لایه در سطح مشترک آب و هوا حرکت می کند، تک لایه می تواند در فرآیند شناور شدن (بالا بردن) یا غوطه وری (پایین آمدن) حمل شود. تک لایه
اگر سطح بستر آبدوست باشد معمولاً در هنگام شناورسازی منتقل می شود. اگر سطح بستر آبگریز باشد، تک لایه را می توان در طول غوطه وری منتقل کرد، زیرا زنجیره های آلکیل آبگریز با سطح تعامل دارند. اگر فرآیند رسوب با یک بستر آبدوست آغاز شود، پس از رسوب تک لایه اول، آبگریز می شود و به این ترتیب تک لایه دوم غوطه ور می شود. این روش عمومی ترین روش برای تشکیل فیلم های چندلایه برای مولکول های آمفیفیلیک است که در آن سر (" سر») گروه ها بسیار آبدوست هستند ( - UNSD، - PO 3 H 2 و غیره)، و انتهای دیگر ("دم") یک زنجیره آلکیل است.

این فرآیند را می توان برای افزودن لایه بعدی تکرار کرد. بلوجت این نوع رسوب را نامیده است Y-نوع رسوبو فیلم ها - Y-فیلم های... بسته به جهتی که بستر در آن قرار دارد، چنین فیلم هایی دارای سطح آبگریز یا آب دوست هستند. آخرین باراز تک لایه عبور کرد. با این حال، اگر یک سطح آبگریز (مانند سطح سیلیکون خالص) از هوا به آب منتقل شود، انتهای آبگریز به سطح متصل می شود.

می‌توان دستگاهی را طراحی کرد که بستر را از قسمت بدون پوشش آب خارج کرده و آن را در ناحیه پوشش‌داده‌شده آب غوطه‌ور کند، در نتیجه یک توالی از لایه‌های سر تا دم روی زیرلایه ایجاد می‌کند. این روش نامیده می شود رسوب نوع X، و فیلم های متشکل از تک لایه های یکسان را فیلم X می نامند.... نکته ضروری در اینجا موارد زیر است:

· اول، کنترل این روش رسوب آسان است.

ثانیاً، ضخامت فیلم دقیقاً توسط طول مولکول تعیین می شود.

· و در نهایت رسوب گذاری نوع X غیر متقارن است که برای دستگاه های اپتیک غیرخطی بسیار مهم است.

برای گروه های سر به شدت آبدوست، این روش بارش پایدارترین است، زیرا تک لایه های همسایه برهم کنش دارند: آبگریز با آبگریز یا آب دوست با آب دوست. (شکل 3.25). با قضاوت بر اساس حاشیه های تداخل، چنین فیلم هایی می توانند شامل صدها تک لایه باشند.

برنج. 3.25. نمایش شماتیک فیلم های نوع Y، X و Z (a)

به نظر نمی رسد که تک لایه هایی که به طور متوالی اعمال می شوند، جهت گیری ثابتی داشته باشند. در مطالعه کلاسیک اشعه ایکس که در حال حاضر در مورد فیلم های بیش از حد ساخته شده با استئارات باریم و ایکس از استئارات باریم است، هلرت به این نتیجه رسید که جهت گیری داخلی در هر دو نوع فیلم یکسان است... فرض بر این است که ساختار Y پایدارتر است.

فیلم هایی که فقط با غوطه وری می توانند شکل بگیرند، عموماً فیلم هایی از نوع X هستند. رسوب طبق نوع سوم رخ می دهد، زمانی که فیلم ها فقط در حین بلند کردن (فیلم های نوع Z) تشکیل می شوند.

تغییراتی وجود دارد که در آنها گروه های سر به وضوح آبدوست نیستند (مانند - СООМе)، یا زمانی که زنجیره آلکیل به یک گروه قطبی ضعیف ختم می شود (به عنوان مثال، - NO 2). در هر دو مورد، برهمکنش بین دو تک لایه مجاور "آب دوست - آبگریز" است و بنابراین این لایه ها نسبت به سیستم های نوع Y پایداری کمتری دارند. با این حال، توجه داشته باشید که رسوب نوع X مواد آمفی‌فیل نسبتا غیر قطبی مانند استرها، فیلم‌های مرتب تولید می‌کند، در حالی که رسوب‌گذاری نوع Y آسیب‌شناسی است. علاوه بر این، رسوب نوع X و Z غیر متقارن است و بنابراین در کاربردهای NLO (اپتیک غیر خطی) مهم است. در نهایت باید توجه داشت که رسوب انواع X، Y و Z لزوما منجر به تشکیل انواع X، Y و Z نمی شود.

در این راستا باید مفهوم ضریب انتقال را معرفی کرد. همانطور که توسط Blodgett اشاره شد، مقدار آمفیفیل هایی که می توانند روی سطح شیشه ای رسوب کنند به عوامل مختلفی بستگی دارد. ضریب انتقال به عنوان نسبت A / A s تعریف می شود که در آن As مساحت زیرلایه پوشیده شده با یک تک لایه است و Ai کاهش مساحت اشغال شده توسط این تک لایه در سطح مشترک آب و هوا (در حالت ثابت) است. فشار). فیلم ایده آل نوع Y یک سیستم چند لایه با دائمی است

ضریب انتقال برابر با وحدت در هر دو حالت رسوب گذاری (زمانی که بستر بالا و پایین می رود). یک فیلم ایده آل نوع X را می توان به ترتیب به عنوان یک سیستم لایه ای تعریف کرد که در آن ضریب انتقال همیشه برابر با واحد در هنگام غوطه وری و صفر در هنگام بلند شدن است. در عمل، انحرافات از فرمول ایده آل وجود دارد.
.

لایه های آلی از رابط مایع-گاز به سطح سختزیرلایه ها در طول غوطه وری عمودی یا بلند کردن (شکل 3.26). همانطور که قبلا نشان داده شد، مولکول های آلی مورد استفاده در این رسوب از دو نوع گروه عاملی تشکیل شده اند: یک سر آب دوست است، برای مثال، یک زنجیره هیدروکربنات حاوی یک گروه اسیدی یا الکلی، محلول در آب، و انتهای دیگر آبگریز است، حاوی به عنوان مثال، گروه های هیدروکربنات نامحلول. در نتیجه، مولکول ها روی سطح آب یک لایه با انتهای آب دوست در سمت آب و انتهای آبگریز در سمت هوا تشکیل می دهند. علاوه بر این، چنین فیلمی می تواند توسط یک مانع متحرک فشرده شود تا یک تک لایه پیوسته روی سطح مایع تشکیل شود.

برنج. 3.26. نمایش شماتیک روش لانگمویر-شفر

هنگامی که بستر جامد با سرعت معینی که توسط کاهنده مشخص شده حرکت می کند، فیلم آلی به سطح بستر جامد می چسبد و از رابط هوا و آب عبور می کند. بنابراین، اگر یک صفحه شیشه ای از طریق یک تک لایه استئارات باریم روی آب بلند شود، یک فیلم به صفحه می چسبد که سطح آبگریز آن به سمت بیرون است. سطح زیرلایه پوشش داده شده با فیلم به میزان بسیار بیشتری نسبت به سطح خود استئارات باریم آبگریز است. اگر صفحه از طریق سطح پوشیده شده با فیلم غوطه ور شود، لایه دوم "پشت به پشت" روی آن قرار می گیرد.

با وجود سادگی ظاهری، تولید فیلم های چند لایه به روش LB یک فرآیند ساده و به راحتی قابل تکرار نیست. دقت کن

کنترل بر کوچکترین جزئیات تولید فیلم (فشار اتمسفر، دما، رطوبت، وجود آلودگی هوا و غیره)

روش دیگر خلقتپوند- سازه های چند لایه - روش بلند کردن افقی (شفر’ سروش"بالابر افقی"که توسط لانگمویر و شیفر در سال 1938 ساخته شد. روش Schaifer برای رسوب فیلم های بسیار سخت (سفت) مفید است. در این حالت، ابتدا یک تک لایه فشرده در سطح مشترک آب و هوا تشکیل می شود (شکل 3.26، a). سپس بستر صاف به صورت افقی روی فیلم تک لایه قرار می گیرد (شکل 3.26، b، c). هنگامی که این بستر بالا می‌آید و از سطح آب جدا می‌شود، تک لایه به زیرلایه منتقل می‌شود (شکل 3.26، د)، از نظر تئوری، جهت مولکول‌ها (نوع X) حفظ می‌شود.

با این حال، تا کنون هیچ انتشاری در مورد موفقیت در این مسیر وجود ندارد. می توان انتظار داشت که تک لایه های مواد آمفی دوست پلیمری به دلیل ویسکوزیته بالا، کاندیدهای خوبی برای رسوب افقی باشند.

یک بار مشکلات عملیحل شود، روش Scheifer به دلیل مزایای قابل توجهی که دارد کاربرد گسترده ای پیدا خواهد کرد. اولین مزیت این است که نرخ رسوب افقی با افزایش ویسکوزیته فیلم کاهش نمی‌یابد و بنابراین می‌توان از فیلم‌های پلیمری که تک لایه‌های پایدار حرارتی می‌دهند استفاده کرد. مزیت دوم تشکیل فیلم های چند لایه ای غیرمتقارن نوع X است که می تواند در زمینه های مختلف استفاده شود. سومین و مهم ترین مزیت تا کنون، توانایی طراحی است سوپرشبکه های آلی.

زیر ابرشبکه هاما تشکیلات مولکولی سه‌بعدی، مرتب، بسته‌بندی شده را درک می‌کنیم که خواص فیزیکی جدیدی از خود نشان می‌دهند و با تکرار فرآیندهای رسوب‌گذاری لایه‌های تک مولکولی انواع مختلف مولکول‌های آلی ایجاد می‌شوند.

این روش ایجاد مواد در سطح مولکولی (مهندسی مولکولی) مورد توجه است، زیرا امکان ساخت ابرشبکه‌هایی با قابلیت‌های عملکردی متفاوت را می‌دهد. چنین ابرشبکه‌هایی را می‌توان برای طراحی دستگاه‌های یکپارچه مولکولی استفاده کرد، زیرا لایه‌های مختلف می‌توانند کار کنند توابع مختلفمانند تقویت، پردازش نوری، انتقال الکترونیکی و غیره.

با وجود پتانسیل بالای روش های در نظر گرفته شده، آنها در حال حاضر کاربرد گسترده ای پیدا نکرده اند، زیرا فیلم های LB هنوز نمی توانند با مواد ایجاد شده بر اساس روش های سنتی رقابت کنند. علاوه بر این، بحث پایداری حرارتی و طولانی مدت این فیلم ها همچنان باز است.

معرفی

فیلم‌های لانگمویر-بلاجت اساساً موضوع جدیدی از فیزیک مدرن هستند و هر یک از ویژگی‌های آنها غیرعادی است. حتی فیلم‌های ساده‌ای که از تک لایه‌های یکسان تشکیل شده‌اند، دارای تعدادی ویژگی منحصربه‌فرد هستند، به غیر از مجموعه‌های مولکولی ساخته‌شده خاص. فیلم‌های لانگمویر-بلاجت کاربردهای عملی مختلفی در زمینه‌های مختلف علم و فناوری پیدا می‌کنند: در الکترونیک، اپتیک، شیمی کاربردی، میکرومکانیک، زیست‌شناسی، پزشکی و غیره. تک لایه‌های لانگمویر با موفقیت به‌عنوان اشیاء مدل برای مطالعه ویژگی‌های فیزیکی دوبعدی مرتب شده استفاده می‌شوند. سازه های. روش Langmuir-Blodgett این امکان را فراهم می کند که به سادگی خواص سطحی یک تک لایه را تغییر داده و پوشش های فیلم با کیفیت بالا تشکیل دهد. همه اینها به دلیل کنترل دقیق ضخامت فیلم حاصل، یکنواختی پوشش، زبری کم و در صورت انتخاب شرایط مناسب، چسبندگی فیلم به سطح امکان پذیر است. با تغییر ساختار سر قطبی مولکول آمفیفیلیک، ترکیب تک لایه، و همچنین شرایط جداسازی - ترکیب زیرفاز و فشار سطح، می توان خواص فیلم ها را نیز به راحتی تغییر داد. روش Langmuir-Blodgett اجازه می دهد تا مولکول ها و کمپلکس های مولکولی مختلف، از جمله مولکول های فعال بیولوژیکی را در یک تک لایه جاسازی کنیم.

1.
تاریخچه کشف فیلم لانگمویر

این داستان با یکی از سرگرمی های متعدد بنجامین فرانکلین، دانشمند برجسته آمریکایی و دیپلمات محترم آغاز می شود. فرانکلین در حالی که در سال 1774 در اروپا بود، جایی که در حال حل و فصل درگیری دیگری بین انگلستان و ایالات آمریکای شمالی بود، در اوقات فراغت خود فیلم های نفتی را روی سطح آب آزمایش کرد. وقتی معلوم شد که فقط یک قاشق روغن روی سطح حوضچه ای به مساحت نیم جریب (1 هکتار ≈ 4000 متر مربع) پخش می شود، دانشمند بسیار شگفت زده شد. اگر ضخامت فیلم حاصل را محاسبه کنیم، معلوم می شود که از ده نانومتر تجاوز نمی کند (1 نانومتر = 10 -7 سانتی متر). به عبارت دیگر، فیلم تنها حاوی یک لایه مولکول است. این واقعیت اما تنها 100 سال بعد متوجه شد. یک زن انگلیسی کنجکاو به نام اگنس پوکلز در وان حمام خود شروع به اندازه گیری کشش سطحی آب آلوده به ناخالصی های آلی یا به عبارت ساده تر صابون کرد. معلوم شد که یک فیلم صابون پیوسته به طور قابل توجهی کشش سطحی را کاهش می دهد (به یاد بیاورید که انرژی لایه سطحی در واحد سطح است). پوکلز در مورد آزمایشات خود به فیزیکدان و ریاضیدان مشهور انگلیسی لرد رایلی نوشت که نامه ای با نظرات خود به یک مجله معتبر ارسال کرد. سپس خود ریلی آزمایش‌های پوکلز را بازتولید کرد و به این نتیجه رسید: «پدیده‌های مشاهده‌شده فراتر از نظریه لاپلاس هستند و توضیح آنها نیازمند رویکرد مولکولی است». به عبارت دیگر، ملاحظات نسبتاً ساده - پدیدارشناختی - ناکافی بودند، لازم بود ایده هایی در مورد ساختار مولکولی ماده درگیر شود، سپس به دور از بدیهیات و به طور کلی پذیرفته نشد. به زودی دانشمند و مهندس آمریکایی ایروینگ لانگمویر (1881 ... 1957) در صحنه علمی ظاهر شد. کل بیوگرافی علمی او این «تعریف» معروف را رد می کند که طبق آن «فیزیکدان کسی است که همه چیز را می فهمد، اما هیچ نمی داند. یک شیمیدان، برعکس، همه چیز را می داند و چیزی نمی فهمد، در حالی که یک فیزیکوشیمیدان نمی داند و نمی فهمد. لانگمویر دقیقاً به دلیل کارش در شیمی فیزیک که به دلیل سادگی و تفکر قابل توجه بود، جایزه نوبل را دریافت کرد. علاوه بر نتایج کلاسیک به دست آمده توسط لانگمویر در زمینه گسیل ترمیونی، فناوری خلاء و جذب، او بسیاری از روش‌های تجربی جدید را توسعه داد که ماهیت تک مولکولی لایه‌های سطحی را تأیید کرد و حتی تعیین جهت مولکول‌ها و ناحیه خاص را ممکن ساخت. توسط آنها اشغال شده است. علاوه بر این، لانگمویر اولین کسی بود که فیلم هایی با ضخامت یک مولکول - تک لایه ها - را از سطح آب به زیرلایه های جامد منتقل کرد. متعاقباً، شاگرد او کاترینا بلاجت تکنیک انتقال چند لایه یک لایه پس از دیگری را توسعه داد، به طوری که یک ساختار انباشته روی هم، یا چند لایه، بر روی یک بستر جامد، که اکنون فیلم لانگمویر-بلاجت نامیده می شود، به دست می آید. برای تک لایه ای که روی سطح آب قرار دارد، نام "فیلم لانگمویر" اغلب حفظ می شود، اگرچه در رابطه با فیلم های چند لایه نیز استفاده می شود.

2. مولکول های پری دریایی

معلوم می شود که مولکول های نسبتاً پیچیده اعتیادهای خاص خود را دارند. به عنوان مثال، برخی از مولکول های آلی "دوست دارند" با آب تماس بگیرند، در حالی که برخی دیگر از این تماس اجتناب می کنند، "از آب می ترسند". آنها به ترتیب - مولکول های آبدوست و آبگریز نامیده می شوند. با این حال، مولکول هایی مانند پری دریایی نیز وجود دارد - یک قسمت آبدوست و دیگری آبگریز است. مولکول های پری دریایی باید برای خود مشکلی را حل کنند: اینکه آیا باید در آب باشند یا نه (اگر در تلاش هستیم محلول آبی آنها را تهیه کنیم). راه حل پیدا شده معلوم می شود که واقعاً سلیمان است: البته، آنها در آب خواهند بود، اما فقط نیمی. مولکول های پری دریایی در سطح آب قرار دارند به طوری که سر آبدوست آنها (که به طور معمول دارای بارهای جداگانه است - یک گشتاور دوقطبی الکتریکی) در آب پایین می آید و یک دم آبگریز (معمولاً یک زنجیره هیدروکربنی) بیرون می زند. محیط گازی اطراف (شکل 1) ...

3.
انواع فیلم لانگمویر

تک‌لایه‌های مولکول‌های آمفی‌فیل را می‌توان از سطح آب به یک بستر جامد به روش لانگمویر-بلاجت (بالا) یا روش شفر (پایین) منتقل کرد. روش اول شامل " سوراخ کردن " تک لایه با یک بستر متحرک عمودی است. این به فرد اجازه می دهد تا لایه هایی از X - (دم مولکولی که به سمت بستر هدایت می شوند) و نوع Z (جهت معکوس) به دست آورد. روش دوم به سادگی لمس تک لایه با بستر افقی است. تک لایه های نوع X می دهد. اولین روش توسط لانگمویر و بلاجت ابداع شد. تک لایه با کمک یک مانع شناور به کریستال مایع تبدیل می شود - به حالت کریستال مایع دو بعدی آورده می شود و سپس به معنای واقعی کلمه با یک بستر سوراخ می شود. در این حالت، سطحی که قرار است فیلم به آن منتقل شود به صورت عمودی جهت گیری می شود. جهت گیری مولکول های پری دریایی روی زیرلایه بستگی به این دارد که آیا بستر از طریق یک لایه به آب پایین می آید یا برعکس، از آب به هوا بالا می رود. اگر بستر در آب غوطه ور شود، دم "پری دریایی" به سمت بستر هدایت می شود (بلجت این ساختار را تک لایه نوع X می نامد) و اگر بیرون کشیده شود، برعکس، از بستر (Z- نوع تک لایه)، شکل. 2a. با تکرار انتقال تک لایه ها یکی پس از دیگری در شرایط مختلف، می توان پشته های چند لایه از سه نوع مختلف (X, Y, Z) را بدست آورد که از نظر تقارن با یکدیگر متفاوت هستند. به عنوان مثال، چند لایه از نوع X و Z (شکل 3) مرکز انعکاس - وارونگی ندارند و بسته به جهت گیری مثبت فاصله دار، دارای یک محور قطبی هستند که از زیرلایه یا به زیرلایه هدایت می شود. و بارهای الکتریکی منفی، یعنی بسته به جهت گشتاور دوقطبی الکتریکی مولکول. چندلایه های نوع Y از لایه های دوتایی یا همانطور که می گویند دولایه تشکیل شده اند (به هر حال آنها مشابه غشاهای بیولوژیکی ساخته شده اند) و به نظر می رسد متقارن مرکزی هستند. ساختارهای چندلایه انواع X، Z و Y در جهت گیری مولکول ها نسبت به بستر متفاوت است. ساختارهای نوع X و Z قطبی هستند، زیرا همه مولکول‌ها در یک جهت نگاه می‌کنند (به ترتیب دنباله‌ها به سمت زیرلایه یا از زیرلایه برای نوع X و Z هستند).

برنج. 3. ساختارهای X و Z

ساختار مربوط به یک بسته بندی دو لایه غیر قطبی است که یادآور دستگاه غشای بیولوژیکی است. روش دوم توسط شفر، که او نیز شاگرد لانگمویر بود، پیشنهاد شد. بستر تقریباً به صورت افقی جهت گیری شده است و با تک لایه ای که در فاز جامد نگه داشته می شود در تماس نور قرار می گیرد (شکل 2b). تک لایه به سادگی به بستر می چسبد. با تکرار این عمل می توانید یک چندلایه نوع X بدست آورید. در شکل 4 فرآیند رسوب یک لایه را هنگام برداشتن بستر از زیر فاز نشان می دهد: سرهای آبدوست مولکول های آمفیفیلیک به زیرلایه می چسبند. اگر بستر از هوا به زیر فاز فرود آید، مولکول‌ها با دم‌های هیدروکربنی به آن می‌چسبند.

... تاسیسات تولید فیلم

بلوک دیاگرام کلی نصب لانگمویر

1 - حمام لانگمویر; 2 - جعبه شفاف مهر و موم شده;

صفحه پایه فلزی عظیم؛ 4 - کمک فنر;

مانع متحرک؛ 6 - تعادل ویلهلمی; 7 - صفحه تعادل ویلهلمی; 8 - بستر؛ 9 - محرک الکتریکی مانع (5)؛ - محرک الکتریکی زیرلایه (8); II - پمپ پریستالتیک؛ - رابط ADC / DAC با تقویت کننده های قدرت.

کامپیوتر شخصی IBM PC / 486.

نصب از طریق یک رایانه شخصی با استفاده از یک برنامه خاص کنترل می شود. برای اندازه گیری فشار سطحی از تعادل Wilhelmy استفاده می شود (فشار سطحی یک تک لایه p تفاوت کشش سطحی روی سطح آب تمیز و روی سطحی است که با یک لایه سورفکتانت پوشیده شده است). در واقع، ترازوی ویلهلمی نیروی F = F 1 + F 2 را اندازه گیری می کند که با آن یک صفحه خیس شده در آب به داخل آب کشیده می شود (شکل 7 را ببینید). یک تکه کاغذ صافی به عنوان صفحه خیس شده استفاده می شود. ولتاژ در خروجی تعادل ویلهلمی به طور خطی با فشار سطح p مرتبط است. این ولتاژ به ورودی ADC نصب شده در کامپیوتر می رود. سطح تک لایه با استفاده از یک رئوستات اندازه گیری می شود، افت ولتاژ در سراسر آن به طور مستقیم با مقدار مختصات مانع متحرک متناسب است. سیگنال از رئوستات نیز به ورودی ADC تغذیه می شود. برای اجرای انتقال متوالی یک تک لایه از سطح آب به یک بستر حالت جامد با تشکیل ساختارهای چندلایه، از دستگاه مکانیکی (10) استفاده می شود که به آرامی (با سرعت چند میلی متر در دقیقه) زیرلایه را پایین آورده و بلند می کند. (8) از طریق سطح تک لایه. با انتقال متوالی تک لایه ها به بستر، مقدار ماده تشکیل دهنده تک لایه روی سطح آب کاهش می یابد و مانع متحرک (5) به طور خودکار حرکت می کند و فشار سطح را ثابت نگه می دارد. مانع متحرک (5) از طریق یک کامپیوتر با استفاده از ولتاژ تامین شده از خروجی DAC از طریق تقویت کننده قدرت به موتور مربوطه کنترل می شود. حرکت زیرلایه از روی صفحه کنترل با استفاده از دستگیره ها برای تنظیم درشت و صاف سرعت بستر کنترل می شود. ولتاژ منبع تغذیه از واحد منبع تغذیه به صفحه کنترل و از آنجا از طریق تقویت کننده برق به موتور الکتریکی مکانیسم بالابر تغذیه می شود.

نصب خودکار KSV 2000

برنج. 8. نمودار نصب KSV 2000

برنج. 10. محفظه سلولی

مشخصات نصب:

حداکثر اندازه زیرلایه 100 * 100 میلی متر است

نرخ رسوب فیلم 0.1-85 میلی متر در دقیقه

تعداد چرخه های رسوب 1 یا بیشتر

زمان خشک شدن فیلم در یک چرخه 0-10 4 ثانیه

محدوده اندازه گیری سطح 0-250 mN / m

فشار

دقت اندازه گیری 5 μN/m

فشار سطحی

مساحت محفظه نصب بزرگ 775 * 120 میلی متر است

حجم زیرفاز 5.51 لیتر

کنترل دمای زیر فاز 0-60 درجه سانتیگراد

سرعت مانع 0.01-800 میلی متر در دقیقه

5. عوامل مؤثر بر کیفیت فیلم های لانگمویر-بلاجت

فاکتور کیفیت فیلم های لانگمویر-بلاجت به صورت زیر بیان می شود

مسیر:

K = f (K us، K کسانی که، K pav، Kms، Kp)،

سبیل - دستگاه های اندازه گیری؛

Ktech - خلوص تکنولوژیکی؛

Kpav - ماهیت فیزیکوشیمیایی سورفکتانت اسپری شده روی فاز فرعی.

Kms - حالت فاز تک لایه روی سطح زیر فاز.

Кп - نوع بستر.

دو عامل اول به طراحی و فناوری مربوط می شود و بقیه به عوامل فیزیکی و شیمیایی مربوط می شود.

وسایل اندازه گیری شامل وسایلی برای جابجایی بستر و مانع می باشد. الزامات آنها در شکل گیری چند ساختار به شرح زیر است:

عدم وجود ارتعاشات مکانیکی؛

ثبات سرعت حرکت نمونه؛

ثبات سرعت حرکت مانع؛

حفظ سطح بالایی از خلوص تکنولوژیکی

کنترل خلوص مواد اولیه (استفاده از آب مقطر به عنوان پایه زیر فاز، تهیه محلول سورفکتانت و الکترولیت بلافاصله قبل از استفاده).

انجام عملیات آماده سازی، مانند اچ کردن و شستشوی بسترها؛

تمیز کردن اولیه سطح زیر فاز؛

ایجاد یک حجم شبه بسته در منطقه کار.

انجام تمام کارها در یک اتاق تخصصی با آب و هوای مصنوعی - "اتاق تمیز".

عاملی که ماهیت فیزیکوشیمیایی سورفکتانت را تعیین می کند، ویژگی های فردی ماده را مشخص می کند:

ساختار (هندسه) مولکول، که نسبت برهمکنش های آب دوست و آبگریز بین مولکول های خود سورفکتانت و مولکول های سورفکتانت و زیر فاز را تعیین می کند.

حلالیت سورفکتانت ها در آب؛

خواص شیمیایی سورفکتانت ها

برای به دست آوردن فیلم هایی با کمال ساختاری بالا، کنترل پارامترهای زیر ضروری است:

کشش سطحی در تک لایه و ضریب انتقال مشخص کننده وجود نقص در LBF.

دما، فشار و رطوبت محیط،

زیر فازهای PH،

نرخ رسوب فیلم

ضریب تراکم پذیری برای مقاطع ایزوترم به شرح زیر تعریف می شود:

که در آن (S, P) - مختصات ابتدا و انتهای بخش خطی ایزوترم.

6. خواص منحصر به فرد فیلم ها

به محض اینکه ما قبلاً می دانیم که چگونه یک لایه تک لایه از مولکول های هم جهت روی یک بستر جامد به دست آوریم، این وسوسه وجود دارد که یک منبع ولتاژ الکتریکی یا مثلاً یک دستگاه اندازه گیری را به آن وصل کنیم. سپس این دستگاه‌ها را مستقیماً به انتهای هر مولکول متصل می‌کنیم. تا همین اواخر، چنین آزمایشی غیرممکن بود. می توان میدان الکتریکی را روی تک لایه اعمال کرد و تغییر باندهای جذب نوری ماده را مشاهده کرد یا جریان تونل زنی در مدار خارجی را اندازه گیری کرد. اتصال یک منبع ولتاژ به یک تک لایه از طریق یک جفت الکترود فیلم منجر به دو اثر بسیار واضح می شود (شکل 11). ابتدا میدان الکتریکی موقعیت نوارهای جذب نور توسط مولکول را در مقیاس طول موج تغییر می دهد. این اثر کلاسیک استارک است (به نام فیزیکدان مشهور آلمانی که در سال 1913 آن را کشف کرد) که با این حال ویژگی های جالبی در این مورد دارد. نکته این است که جهت جابجایی نوار جذب، همانطور که مشخص شد، به جهت گیری متقابل بردار میدان الکتریکی و گشتاور دوقطبی ذاتی مولکول بستگی دارد. و این همان چیزی است که به آن منتهی می شود: برای یک ماده و علاوه بر این، با جهت یکسان میدان، نوار جذب به ناحیه قرمز برای تک لایه نوع X و به آبی - برای تک لایه نوع Z تغییر می کند. بنابراین، جهت تغییر باند را می توان برای قضاوت در مورد جهت دوقطبی ها در تک لایه استفاده کرد. از نظر کیفی، این وضعیت فیزیکی قابل درک است، اما اگر بخواهیم جابجایی باندها را به صورت کمی تفسیر کنیم، جالب‌ترین سؤال مطرح می‌شود که دقیقاً چگونه میدان الکتریکی در طول یک مولکول پیچیده توزیع می‌شود. تئوری اثر استارک بر اساس فرض اتم‌ها و مولکول‌های نقطه‌ای ساخته شده است (این طبیعی است - به هر حال اندازه آنها بسیار کوچکتر از طولی است که میدان تغییر می‌کند)، در اینجا رویکرد باید کاملاً متفاوت باشد. هنوز توسعه نیافته است. اثر دیگر عبارت است از عبور جریان تونل زنی از یک تک لایه (ما در مورد مکانیسم نشت مکانیکی کوانتومی الکترون ها از طریق یک مانع پتانسیل صحبت می کنیم). در دماهای پایین، جریان تونل زنی از طریق تک لایه لانگمویر در واقع مشاهده می شود. تفسیر کمی از این پدیده صرفا کوانتومی باید شامل در نظر گرفتن پیکربندی پیچیده مولکول پری دریایی نیز باشد. و اتصال ولت متر به تک لایه چه می تواند بدهد؟ به نظر می رسد که پس از آن می توانید تغییر در ویژگی های الکتریکی مولکول را تحت تأثیر عوامل خارجی نظارت کنید. به عنوان مثال، روشن شدن یک تک لایه گاهی با توزیع مجدد بار قابل توجه در هر مولکولی که کوانتومی نور را جذب کرده است، همراه است. این اثر به اصطلاح انتقال بار درون مولکولی است. یک کوانتوم نور، همانطور که بود، یک الکترون را در امتداد مولکول حرکت می دهد و این باعث القای جریان الکتریکی در مدار خارجی می شود. بنابراین ولت متر فرآیند نور الکترونیکی درون مولکولی را ثبت می کند. حرکت درون مولکولی بارها نیز می تواند با تغییر دما ایجاد شود. در این حالت، گشتاور دوقطبی الکتریکی کل تک لایه تغییر می کند و به اصطلاح جریان پیروالکتریک در مدار خارجی ثبت می شود. ما تأکید می کنیم که هیچ یک از پدیده های توصیف شده در فیلم هایی با توزیع تصادفی مولکول ها بر روی جهت ها مشاهده نمی شود.

امروزه، ادبیات علمی به طور فعال این سوال را مورد بحث قرار می دهد: آیا می توان آهنرباهای دو بعدی ساخت؟ و از نظر فیزیکی، ما در مورد این صحبت می کنیم که آیا احتمال اساسی وجود دارد که برهمکنش گشتاورهای مغناطیسی مولکولی واقع در همان صفحه منجر به مغناطش خود به خودی شود یا خیر. برای حل این مشکل، اتم‌های فلزات واسطه (مثلا منگنز) به مولکول‌های پری دریایی آمفی‌فیل وارد می‌شوند و سپس تک‌لایه‌هایی با روش بلوجت به‌دست می‌آیند و خواص مغناطیسی آن‌ها در دماهای پایین بررسی می‌شود. اولین نتایج نشان دهنده امکان ترتیب فرومغناطیسی در سیستم های دو بعدی است. و یک مثال دیگر که خواص فیزیکی غیرعادی فیلم های لانگمویر را نشان می دهد. به نظر می رسد که در سطح مولکولی امکان انتقال اطلاعات از یک تک لایه به لایه دیگر، همسایه وجود دارد. پس از آن، تک لایه مجاور را می توان جدا کرد و بنابراین یک کپی از آنچه در تک لایه اول "ضبط شده" بود به دست آورد. این کار به صورت زیر انجام می شود. به عنوان مثال، فرض کنید با روش بلاجت، تک لایه ای از این گونه مولکول ها را به دست آوریم که قادر به جفت شدن - دیمر شدن - تحت تأثیر عوامل خارجی، به عنوان مثال، یک پرتو الکترونی هستند (شکل 13). ما مولکول های جفت نشده را صفر و مولکول های جفت شده را به عنوان واحدهای کد اطلاعات دودویی در نظر می گیریم. با این صفر و یک ها، مثلاً می توان متن خوانایی نوری نوشت، زیرا مولکول های جفت نشده و جفت دارای نوارهای جذب متفاوتی هستند. اکنون روی این تک لایه با استفاده از روش Blodgett، تک لایه دوم را اعمال می کنیم. سپس، به دلیل ویژگی‌های تعامل بین مولکولی، جفت‌های مولکولی دقیقاً همان جفت‌ها را جذب می‌کنند و مولکول‌های تنها مولکول‌های تنها را ترجیح می‌دهند. در نتیجه کار این "باشگاه علایق"، تصویر اطلاعاتی در تک لایه دوم تکرار خواهد شد. با جدا کردن تک لایه بالایی از زیرین می توان یک کپی به دست آورد. این فرآیند کپی کردن کاملاً شبیه فرآیند تکثیر اطلاعات از مولکول‌های DNA - نگهبانان کد ژنتیکی - به مولکول‌های RNA است که اطلاعات را به محل سنتز پروتئین در سلول‌های موجودات زنده منتقل می‌کنند.

نتیجه

ادبیات

فیلم تک لایه لانگمویر بلاگت

1. بلینوف ال.ام. "خواص فیزیکی و کاربردهای ساختارهای تک و چند مولکولی لانگمویر." پیشرفت در شیمی. ت 52، شماره 8، ص. 1263 ... 1300, 1983.

2. بلینوف ال.ام. «لنگمویر فیلم» اوسپخی فیزیچسکیخ ناوک، ج 155، ش 3 ص. 443 ... 480, 1988.

3. Savon I.E. پایان نامه // بررسی خواص فیلم های لانگمویر و تهیه آنها. مسکو 2010 ص 6-14