Ikki baryerli Langmuir Blodgett vannasi. Langmuir-Blodgett, texnologiya

Kirish

Langmuir-Blodgett yangi ob'ektni suratga oladi zamonaviy fizika, va ularning har qanday xossalari g'ayrioddiy. Hatto bir xil mono qatlamlardan tashkil topgan oddiy plyonkalar ham maxsus tuzilgan molekulyar ansambllarni hisobga olmaganda, bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega. Langmuir-Blodgett filmlari turlicha topiladi amaliy foydalanish fan va texnikaning turli sohalarida: elektronika, optika, amaliy kimyo, mikromexanika, biologiya, tibbiyot va boshqalarda Langmuir monoqatlamlari tartiblangan ikki o'lchovli tuzilmalarning fizik xususiyatlarini o'rganish uchun namunaviy ob'ektlar sifatida muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Langmuir-Blodgett usuli monoqatlamning sirt xususiyatlarini o'zgartirishni va yuqori sifatli plyonkali qoplamalarni hosil qilishni juda oson qiladi. Bularning barchasi natijada olingan plyonka qalinligini aniq nazorat qilish, qoplamaning bir xilligi, past pürüzlülük va to'g'ri sharoitlar tanlangan bo'lsa, plyonkaning sirtga yuqori yopishishi tufayli mumkin. Filmlarning xossalari amfifil molekulaning qutb boshining tuzilishini, monoqatlamning tarkibini, shuningdek, izolyatsiyalash shartlarini - subfaza tarkibini va sirt bosimini o'zgartirish orqali ham osonlik bilan o'zgarishi mumkin. Langmuir-Blodgett usuli turli molekulalar va molekulyar komplekslarni, shu jumladan biologik faollarni bir qatlamga kiritish imkonini beradi.

1. Langmuir filmining kashf etilishi tarixi

Bu hikoya taniqli amerikalik olim va hurmatli diplomat Benjamin Franklinning ko'plab sevimli mashg'ulotlaridan biri bilan boshlanadi. 1774 yilda Evropada bo'lib, u erda Angliya va Shimoliy Amerika shtatlari o'rtasidagi navbatdagi mojaroni hal qilgan Franklin bo'sh vaqt suv yuzasida yog 'plyonkalari bilan tajriba o'tkazdi. Yarim gektarlik hovuz (1 akr? 4000 m 2) yuzasiga bor-yo'g'i bir qoshiq moy tarqalishi ma'lum bo'lganda, olim juda hayratda qoldi. Agar hosil bo'lgan plyonkaning qalinligini hisoblasak, u o'n nanometrdan (1 nm = 10-7 sm) oshmaydi; boshqacha qilib aytganda, plyonka faqat bitta molekula qatlamini o'z ichiga oladi. Biroq, bu haqiqat faqat 100 yil o'tgach amalga oshdi. Agnes Pokels ismli qiziquvchan ingliz ayol hammomida o'lchashni boshladi sirt tarangligi organik aralashmalar bilan ifloslangan suv va oddiy aytganda, sovun bilan. Aniqlanishicha, uzluksiz sovun plyonkasi sirt tarangligini sezilarli darajada pasaytiradi (esda tutingki, u sirt qatlamining birlik maydoniga energiyasini ifodalaydi). Pokels o'z tajribalari haqida taniqli ingliz fizigi va matematigi Lord Reyliga yozgan, u nufuzli jurnalga maktub yo'llab, o'z sharhlarini taqdim etgan. Keyin Reylining o'zi Pockels tajribalarini takrorladi va quyidagi xulosaga keldi: "Kuzatilgan hodisalar Laplas nazariyasi doirasidan tashqarida va ularni tushuntirish molekulyar yondashuvni talab qiladi". Boshqacha qilib aytganda, nisbatan oddiy - fenomenologik - mulohazalar etarli emas edi, materiyaning molekulyar tuzilishi haqidagi g'oyalarni jalb qilish kerak edi, ular o'sha paytda aniq bo'lmagan va umuman qabul qilinmagan. Tez orada amerikalik olim va muhandis Irving Langmur (1881-1957) ilmiy sahnaga chiqdi. Hammasi ilmiy biografiyasi taniqli "ta'rif" ni rad etadi, unga ko'ra "fizik hamma narsani tushunadigan, lekin hech narsani bilmaydigan odamdir; kimyogar, aksincha, hamma narsani biladi va hech narsani tushunmaydi, fizikokimyogar esa na biladi va na tushunadi. Lengmur sharaflandi Nobel mukofoti ayniqsa, ularning ishi uchun fizik kimyo, soddaligi va o'ychanligi bilan diqqatga sazovor. Langmuir tomonidan termion emissiya, vakuum texnologiyasi va yutilish sohasida olingan klassik natijalarga qo'shimcha ravishda, u sirt plyonkalarining monomolekulyar xususiyatini tasdiqlovchi ko'plab yangi eksperimental usullarni ishlab chiqdi va hatto molekulalarning yo'nalishini va o'ziga xos maydonni aniqlashga imkon berdi. ular tomonidan ishg'ol qilingan. Bundan tashqari, Langmuir birinchi bo'lib bir molekula qalinlikdagi plyonkalarni - mono qatlamlarni suv yuzasidan qattiq substratlarga o'tkazishni boshladi. Keyinchalik uning shogirdi Katharina Blodgett bir qatlamni birin-ketin ko'chirish texnikasini ishlab chiqdi, shunda stacked stack strukturasi yoki ko'p qatlamli qattiq substratda olingan bo'lib, hozir Langmuir-Blodgett plyonkasi deb ataladi. "Langmuir plyonkasi" nomi ko'pincha suv yuzasida yotgan bir qatlamning orqasida saqlanadi, garchi u ko'p qatlamli plyonkalarga nisbatan ham qo'llaniladi.

2 ta suv parisi molekulalari

Ma'lum bo'lishicha, etarlicha murakkab molekulalarning o'ziga xos qaramliklari bor. Masalan, ba'zi organik molekulalar suv bilan aloqani "yoqadi", boshqalari esa suvdan "qo'rqib" bunday aloqadan qochishadi. Ular navbati bilan hidrofilik va hidrofobik molekulalar deb ataladi. Biroq, suv parisi kabi molekulalar ham bor - ularning bir qismi hidrofil, ikkinchisi esa hidrofobikdir. Suv parisi molekulalari suvda bo'lish yoki bo'lmaslik muammosini o'zlari hal qilishlari kerak (agar biz ularni pishirishga harakat qilsak). suv eritmasi). Topilgan yechim haqiqatan ham Sulaymon bo'lib chiqdi: albatta, ular suvda bo'ladi, lekin faqat yarmi. Suv parisi molekulalari suv yuzasida joylashganki, ularning gidrofil boshi (qoida tariqasida, ajratilgan zaryadlarga ega - elektr dipol momenti) suvga tushadi va hidrofobik quyruq (odatda uglevodorod zanjiri) tashqariga chiqadi. atrofdagi gazsimon muhit (1-rasm) .

Mermaidlarning pozitsiyasi biroz noqulay, ammo u ko'plab zarralar tizimlari fizikasining asosiy tamoyillaridan birini - minimal erkin energiya printsipini qondiradi va bizning tajribamizga zid emas. Suv yuzasida monomolekulyar qatlam hosil bo'lganda, molekulalarning gidrofil boshlari suvga tushiriladi va gidrofobik dumlar suv sathidan vertikal ravishda chiqib turadi. Faqat ba'zi ekzotik moddalar bir vaqtning o'zida ikki fazada (suvli va suvsiz) joylashish tendentsiyasiga ega deb o'ylamaslik kerak, bu amfifillik deb ataladi. Aksincha, kimyoviy sintez usullari, hech bo'lmaganda, deyarli har qanday organik molekulaga hidrofobik quyruqni "tikishi" mumkin, shuning uchun suv parisi molekulalarining diapazoni juda keng va ularning barchasi turli xil maqsadlarga ega bo'lishi mumkin.

3. Langmuir filmlar turlari

Mono qatlamlarni qattiq substratlarga o'tkazishning ikkita usuli bor, ularning ikkalasi ham shubhali darajada oddiy, chunki ular tom ma'noda yalang'och qo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin.

Amfifil molekulalarning monoqatlamlari suv yuzasidan qattiq substratga Langmuir-Blodgett usuli (yuqorida) yoki Schaeffer usuli (pastki) bilan o'tkazilishi mumkin. Birinchi usul mono qatlamni vertikal ravishda harakatlanuvchi substrat bilan "teshish" dan iborat. Bu X - (molekulyar dumlar substrat tomon yo'naltirilgan) va Z tipidagi (teskari yo'nalish) qatlamlarini olish imkonini beradi. Ikkinchi yo'l - monolayerga gorizontal yo'naltirilgan substrat bilan teginish oddiygina. Bu X tipidagi mono qatlamlarni beradi. Birinchi usul Langmuir va Blodgett tomonidan ixtiro qilingan. Bir qatlam suzuvchi to'siq yordamida suyuq kristallga aylantiriladi - u ikki o'lchovli suyuq kristall holatga keltiriladi va keyin u tom ma'noda substrat bilan teshiladi. Bunday holda, plyonka o'tkaziladigan sirt vertikal ravishda yo'naltiriladi. Suv parisi molekulalarining substratdagi yo'nalishi substratning monoqatlam orqali suvga tushirilishiga yoki aksincha, suvdan havoga ko'tarilishiga bog'liq. Agar substrat suvga botirilgan bo'lsa, unda "suv parilari" ning dumlari substrat tomon yo'naltirilgan bo'lib chiqadi (Blodgett bunday qurilishni X tipidagi monolayer deb atagan) va agar ular tortib olinsa, aksincha, substratdan uzoqda (Z-tipli monoqatlam), rasm. 2a. Har xil sharoitlarda bir qatlamni boshqasidan keyin o'tkazishni takrorlash orqali uchta qatlamli stacked ko'p qatlamlarni olish mumkin. turli xil turlari(X, Y, Z), ular bir-biridan simmetriya bilan farqlanadi. Masalan, X- va Z-tipli ko'p qatlamlarda (3-rasm) aks ettirish markazi - inversiya bo'lmaydi va ular musbat va manfiy yo'nalishga qarab substratdan uzoqqa yoki substrat tomon yo'naltirilgan qutb o'qiga ega. elektr zaryadlari fazoda, ya'ni molekulaning elektr dipol momentining yo'nalishiga qarab bir-biridan oraliqda joylashgan. Y tipidagi ko'p qatlamlar ikki qavatli yoki ular aytganidek, ikki qatlamli (darvoqe, ular biologik membranalarga o'xshash tarzda qurilgan) va markaziy simmetrik bo'lib chiqadi. X-, Z- va Y-tipdagi ko'p qatlamli tuzilmalar substratga nisbatan molekulalarning yo'nalishi bo'yicha farqlanadi. X va Z-tiplarning tuzilmalari qutblidir, chunki barcha molekulalar bir xil yo'nalishda "ko'rinadi" (dumlari - mos ravishda X va Z-tiplari uchun substratga yoki substratdan uzoqda).


Guruch. 3. X va Z tipidagi tuzilmalar

Y-tuzilishi biologik membranani tartibga solishga o'xshash qutbsiz ikki qatlamli paketga mos keladi. Ikkinchi usulni ham Langmuir shogirdi Schaeffer taklif qilgan. Substrat deyarli gorizontal ravishda yo'naltiriladi va qattiq fazada saqlanadigan monolayer bilan engil aloqaga keltiriladi (2b-rasm). Bir qatlamli qatlam oddiygina substratga yopishadi. Ushbu operatsiyani takrorlash orqali X tipidagi ko'p qatlamni olish mumkin. Shaklda. 4-rasmda substrat pastki fazadan ko'tarilganda bir qatlamli cho'kish jarayoni ko'rsatilgan: amfifil molekulalarning gidrofil boshlari substratga "yopishadi". Agar substrat havodan pastki fazaga tushirilsa, u holda molekulalar unga uglevodorod dumlari bilan "yopishadi".

4. Kino ishlab chiqarish uchun o'rnatish

Langmuir o'rnatishning umumiy blok diagrammasi

1 - Langmur vannasi; 2 - shaffof muhrlangan quti;

3 - massiv metall taglik plitasi; 4 - amortizatorlar;

5 - harakatlanuvchi to'siq; 6 - tarozi Vilgelmi; 7 - plastinka og'irliklari Vilgelmi; 8 - substrat; 9 - to'siqli elektr haydovchi (5);

I0 - substrat elektr haydovchi (8); II - peristaltik nasos;

I2 - quvvat kuchaytirgichlari bilan ADC/DAC interfeysi;

Shaxsiy kompyuter IBM PC/486.

O'rnatish shaxsiy kompyuter yordamida boshqariladi maxsus dastur. Sirt bosimini o'lchash uchun Vilgelmi balanslari qo'llaniladi (bir qatlamning sirt bosimi toza suv yuzasida va sirt faol moddasi mono qatlam bilan qoplangan sirtdagi sirt tarangligining farqidir). Aslida Vilgelmi balansi F=F 1 +F 2 kuchini o‘lchaydi, uning yordamida suvga namlangan plastinka suvga tortiladi (7-rasmga qarang). Bir parcha filtr qog'ozi namlangan plastinka sifatida ishlatiladi. Vilgelmi balansining chiqishidagi kuchlanish sirt bosimi bilan chiziqli bog'liqdir. Ushbu kuchlanish kompyuterda o'rnatilgan ADC ning kirishiga beriladi. Bir qatlamli maydon reostat yordamida o'lchanadi, kuchlanishning pasayishi harakatlanuvchi to'siqning koordinata qiymatiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Reostatdan keladigan signal ADC ning kirishiga ham beriladi. Ko'p qatlamli tuzilmalarning shakllanishi bilan bir qatlamni suv yuzasidan qattiq substratga ketma-ket o'tkazish uchun mexanik qurilma (10) qo'llaniladi, u asta-sekin (daqiqada bir necha mm tezlikda) substratni tushiradi va ko'taradi (8). ) mono qatlam yuzasi orqali. Bir qatlamlar ketma-ket asosga o'tkazilganda, suv yuzasida bir qatlam hosil qiluvchi moddaning miqdori kamayadi va harakatlanuvchi to'siq (5) avtomatik ravishda harakatlanadi, bunda sirt bosimi doimiy bo'ladi. Harakatlanuvchi to'siq (5) DAC chiqishidan quvvat kuchaytirgich orqali mos keladigan dvigatelga beriladigan kuchlanish yordamida kompyuter orqali boshqariladi. Substratning harakati boshqaruv panelidan substrat tezligini qo'pol va silliq sozlash uchun tugmalar yordamida boshqariladi. Ta'minot kuchlanishi quvvat manbaidan boshqaruv paneliga, u erdan esa quvvat kuchaytirgichi orqali ko'tarish mexanizmining elektr motoriga beriladi.

KSV 2000 avtomatlashtirilgan o'rnatish

Langmuir-Blodgett plyonkalarini olish texnikasi ko'plab elementar texnologik operatsiyalarni o'z ichiga oladi, ya'ni. tizimga tashqaridan elementar ta'sir ko'rsatadi, buning natijasida "pastki faza - bir qatlam - gaz - substrat" tizimida struktura hosil qiluvchi jarayonlar sodir bo'ladi, bu esa pirovard natijada ko'p tuzilmalarning sifati va xususiyatlarini belgilaydi. Plyonkalarni olish uchun avtomatlashtirilgan KSV 2000 o'rnatish qo'llanildi.O'rnatish sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 8.


Guruch. 8. O'rnatish sxemasi KSV 2000

Himoya qopqog'i 1 ostida tebranishga qarshi stol 11da simmetrik uch qismli teflon hujayra 2 mavjud bo'lib, uning yon tomonlarida teflon to'siqlarning 5 qarama-qarshi muvofiqlashtirilgan harakati amalga oshiriladi. sirt bosimi (siqish izotermasidan aniqlanadi va monoqatlamning tartiblangan holatiga mos keladi) substrat yuzasiga mono qatlam o'tkazish jarayonida. Substrat 3 ushlagichda pastki faza yuzasiga ma'lum bir burchak ostida qisiladi va qurilma 10 tomonidan harakatga keltiriladi (kyuvetaning bo'limlari orasidagi substratni o'tkazish mexanizmi bilan jihozlangan) 9. Texnologik tsikldan oldin. , 12-sonli fazaning sirtini nasos yordamida tozalash orqali oldindan tayyorlanadi 13. O'rnatish avtomatlashtirilgan va kompyuter bilan jihozlangan 14. O'rnatishning asosiy qismi - Teflon xujayrasi (yuqori ko'rinish shaklda ko'rsatilgan. 9) - uchta bo'limdan iborat: ikkitasi har xil moddalarni pastki fazaga purkash uchun bir xil o'lchamdagi va bitta toza sirtli kichik. Taqdim etilgan o'rnatishda uch qismli kyuvetaning mavjudligi, substratni bo'limlar o'rtasida o'tkazish mexanizmi va ikkita mustaqil to'siqni boshqarish kanali turli xil moddalarning mono qatlamlaridan iborat aralash Langmuir plyonkalarini olish imkonini beradi.

Shaklda. 10-rasmda sirt bosimi sensori va to'siqlari bo'lgan ikkita bir xil hujayra bo'linmalaridan biri ko'rsatilgan. To'siqlar harakati tufayli mono qatlamning sirt maydoni o'zgaradi. To'siqlar teflondan qilingan va to'siq ostidagi monoqatlamning oqishi oldini olish uchun etarlicha og'ir.


Guruch. 10. Kyuveta bo'limi

O'rnatishning texnik xususiyatlari:

Maksimal substrat hajmi 100 * 100 mm

Filmni joylashtirish tezligi 0,1-85 mm / min

Cho'kish davrlari soni 1 yoki undan ko'p

0-10 tsikldagi plyonkani quritish vaqti 4 sek

Yuzaki o'lchov diapazoni 0-250 mN / m

bosim

O'lchov aniqligi 5 mkN/m

sirt bosimi

Katta o'rnatish maydoni 775 * 120 mm

Subfaza hajmi 5,51 l

Subfaza 0-60 ° S haroratni nazorat qilish

To'siq tezligi 0,01-800 mm / min

5. Langmuir-Blodgett filmlarining sifatiga ta'sir qiluvchi omillar

Langmur-Blodjet filmlarining sifat omili quyidagicha ifodalanadi

K \u003d f (K us, K bular, K pav, K ms, Kp),

K mo'ylovi - o'lchash asboblari;

Kteh - texnologik tozalik;

Kpaw - pastki fazaga purkalgan sirt faol moddaning fizik-kimyoviy tabiati;

K ms - pastki faza yuzasida mono qatlamning faza holati;

Kp - substrat turi.

Birinchi ikkita omil dizayn va texnologik, qolganlari esa fizik va kimyoviy bilan bog'liq.

1. O'lchov asboblariga taglik va to'siqni harakatlantiruvchi qurilmalar kiradi. Ko'p tuzilmalarni shakllantirishda ularga qo'yiladigan talablar quyidagilar:

* mexanik tebranishlarning yo'qligi;

* namunaning harakat tezligining doimiyligi;

* to'siqning harakat tezligining doimiyligi;

2. Xizmat ko'rsatish yuqori daraja texnologik tozalik

taqdim etilgan:

* xom ashyoning tozaligini nazorat qilish (distillangan suvdan subfaza asosi sifatida foydalanish, sirt faol moddalar va elektrolitlar eritmalarini ishlatishdan oldin darhol tayyorlash);

* tayyorgarlik ishlarini bajarish, masalan, tagliklarni silliqlash va tozalash;

* pastki fazaning sirtini oldindan tozalash;

* o'rnatishning ish sohasida kvazi-yopiq hajmni yaratish;

* barcha ishlarni sun'iy iqlimi bo'lgan ixtisoslashtirilgan xonada - "toza xonada" bajarish.

3. Sirt faol moddaning fizik-kimyoviy xususiyatini belgilovchi omil moddaning quyidagi individual xususiyatlarini tavsiflaydi:

* sirt faol moddaning o'zi molekulalari bilan sirt faol moddasi va subfaza molekulalari o'rtasidagi gidrofil va hidrofobik o'zaro ta'sirlarning nisbatini aniqlaydigan molekulaning tuzilishi (geometriyasi);

* sirt faol moddalarning suvda eruvchanligi;

* Kimyoviy xossalari sirt faol moddasi

Yuqori strukturaviy mukammal plyonkalarni olish uchun quyidagi parametrlarni nazorat qilish kerak:

Bir qatlamdagi sirt tarangligi va PLBda nuqsonlar mavjudligini tavsiflovchi uzatish koeffitsienti;

Atrof muhitning harorati, bosimi va namligi,

PH subfazalari,

Filmni joylashtirish tezligi

Izoterm kesimlari uchun siqilish koeffitsienti quyidagicha aniqlanadi:

bu yerda (S, P) izotermaning chiziqli kesimining boshi va oxiri koordinatalari.

6. Noyob kino xususiyatlari

Ko'p qatlam zamonaviy fizikaning tubdan yangi ob'ektidir va shuning uchun ularning har qanday xususiyatlari (optik, elektr, akustik va boshqalar) mutlaqo g'ayrioddiy. Hatto bir xil mono qatlamlardan tashkil topgan eng oddiy tuzilmalar ham maxsus tuzilgan molekulyar ansambllar haqida gapirmasa ham, bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega.

Qattiq substratda bir xil yo'naltirilgan molekulalarning monoqatlamini qanday olishni allaqachon bilganimizdan so'ng, unga elektr kuchlanish manbasini yoki, aytaylik, o'lchash moslamasini ulash vasvasasi paydo bo'ladi. Keyin biz ushbu qurilmalarni to'g'ridan-to'g'ri individual molekulaning uchlari bilan bog'laymiz. Yaqin vaqtgacha bunday tajriba imkonsiz edi. Bir qatlamga elektr maydoni qo'llanilishi va moddaning optik yutilish bantlarining siljishini kuzatish yoki tashqi zanjirdagi tunnel oqimini o'lchash mumkin. Bir juft plyonkali elektrod orqali kuchlanish manbasini mono qatlamga ulash ikkita juda aniq ta'sirga olib keladi (11-rasm). Birinchidan, elektr maydoni to'lqin uzunliklari shkalasi bo'yicha molekulaning yorug'lik yutish zonalarining holatini o'zgartiradi. Bu klassik Stark effekti (1913 yilda uni kashf etgan mashhur nemis fizigi nomi bilan atalgan), ammo, bu holat Unda bor qiziqarli xususiyatlar. Gap shundaki, yutilish zonasining siljish yo'nalishi, ma'lum bo'lishicha, elektr maydon vektorining o'zaro yo'nalishiga va molekulaning ichki dipol momentiga bog'liq. Va bu nimaga olib keladi: bir xil modda uchun va bundan tashqari, bir xil maydon yo'nalishi uchun yutilish zonasi X tipidagi bir qatlam uchun qizil mintaqaga va Z tipidagi mono qatlam uchun ko'k rangga o'tadi. Shunday qilib, monoqatlamdagi dipollarning yo'nalishini tarmoqli siljish yo'nalishi bo'yicha hukm qilish mumkin. Sifat jihatdan bu jismoniy holat tushunarli, ammo agar biz bantlarning siljishlarini miqdoriy jihatdan izohlashga harakat qilsak, eng qiziqarli savol elektr maydonining murakkab molekula bo'ylab qanday aniq taqsimlanganligi haqidagi savol tug'iladi. Stark effekti nazariyasi nuqta atomlari va molekulalarining farazlariga asoslanadi (bu tabiiydir - axir, ularning o'lchamlari maydon o'zgargan uzunlikdan ancha kichikroq), ammo bu erda yondashuv tubdan farq qilishi kerak va hali ishlab chiqilmagan. Yana bir ta'sir tunnel oqimining mono qatlam orqali o'tishidan iborat ( gaplashamiz potentsial to'siq orqali elektronlarning kvant mexanik oqishi mexanizmi to'g'risida). Past haroratlarda Langmuir monoqatlami orqali tunnel oqimi haqiqatan ham kuzatiladi. Ushbu sof kvant hodisasining miqdoriy talqini suv parisi molekulasining murakkab konfiguratsiyasini ham o'z ichiga olishi kerak. Va voltmetrning monolayerga ulanishi nima berishi mumkin? Ma'lum bo'lishicha, u holda molekulaning ta'sirida elektr xususiyatlarining o'zgarishini kuzatish mumkin bo'ladi. tashqi omillar. Masalan, monoqatlamning yoritilishi ba'zan yorug'lik kvantini yutgan har bir molekulada zaryadning sezilarli qayta taqsimlanishi bilan birga bo'ladi. Bu molekulyar zaryad o'tkazish deb ataladigan ta'sirdir. Yorug'lik kvanti, xuddi elektronni molekula bo'ylab harakatga keltiradi va bu tashqi zanjirda elektr tokini keltirib chiqaradi. Shunday qilib, voltmetr molekulyar elektron fotoprosesni qayd qiladi. Zaryadlarning molekula ichidagi harakati haroratning o'zgarishi bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Bunday holda, monoqatlamning umumiy elektr dipol momenti o'zgaradi va tashqi zanjirda piroelektrik oqim deb ataladigan narsa qayd etiladi. Biz ta'riflangan hodisalarning hech biri yo'nalish bo'yicha molekulalarning tasodifiy taqsimlanishi bilan filmlarda kuzatilmasligini ta'kidlaymiz.

Langmuir plyonkalari tanlangan molekulaga yorug'lik energiyasi kontsentratsiyasining ta'sirini simulyatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, yashil o'simliklardagi fotosintezning dastlabki bosqichida yorug'lik xlorofill molekulalarining ma'lum turlari tomonidan so'riladi. Qo'zg'atilgan molekulalar etarlicha uzoq yashaydi va o'z-o'zidan qo'zg'alish bir xil turdagi zich joylashgan molekulalar bo'ylab harakatlanishi mumkin. Bu qo'zg'alish qo'zg'alish deyiladi. Qo'zg'alishning "yurishi" u "bo'ri chuquriga" kirgan paytda tugaydi, uning rolini biroz pastroq qo'zg'alish energiyasiga ega bo'lgan boshqa turdagi xlorofill molekulasi bajaradi. Aynan shu tanlangan molekulaga yorug'lik qo'zg'atadigan ko'plab qo'zg'alishlardan energiya o'tkaziladi. Katta maydondan to'plangan yorug'lik energiyasi mikroskopik maydonda to'planadi - "fotonlar uchun voronka" olinadi. Bu voronkani kam sonli qo'zg'atuvchi tutuvchi molekulalar bilan kesishgan yorug'lik yutuvchi molekulalarning monoqatlami yordamida modellashtirish mumkin. Qo'zg'atuvchini ushlagandan so'ng, interceptor molekulasi o'ziga xos spektr bilan yorug'lik chiqaradi. Bunday monoqatlam rasmda ko'rsatilgan. 12a. U yoritilsa, ikkala molekula - yorug'lik yutuvchi va molekula - qo'zg'atuvchining lyuminestsentligini kuzatish mumkin. Ikkala turdagi molekulalarning lyuminesans tasmalarining intensivligi taxminan bir xil (12b-rasm), garchi ularning soni 2-3 kattalik bilan farq qilsa. Bu energiya konsentratsiyasi mexanizmi, ya'ni foton huni effekti mavjudligini isbotlaydi.

Bugungi kunda ilmiy adabiyotlar savolni faol muhokama qilmoqda: ikki o'lchovli magnitlarni yasash mumkinmi? Va jismoniy tilda, biz bir xil tekislikda joylashgan molekulyar magnit momentlarning o'zaro ta'siri o'z-o'zidan magnitlanishni keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan fundamental imkoniyat mavjudligi haqida gapiramiz. Ushbu muammoni hal qilish uchun amfifil suv parisi molekulalariga o'tish metall atomlari (masalan, marganets) kiritiladi, so'ngra Blodgett usulida mono qatlamlar olinadi va ularning magnit xossalari past haroratlarda o'rganiladi. Birinchi natijalar ikki o'lchovli tizimlarda ferromagnit tartiblash imkoniyatini ko'rsatadi. Va yana bir misol Langmuir filmlarining g'ayrioddiy jismoniy xususiyatlarini ko'rsatadi. Ma'lum bo'lishicha, molekulyar darajada axborotni bir qatlamdan ikkinchisiga, qo'shniga o'tkazish mumkin. Shundan so'ng, qo'shni monolayer ajratilishi mumkin va shu bilan birinchi monolayerda "yozilgan" narsaning nusxasini olish mumkin. Bu quyidagi tarzda amalga oshiriladi. Keling, masalan, Blodgett usuli bilan tashqi omillar, masalan, elektron nurlar ta'sirida juftlashishga - dimerlanishga qodir bo'lgan bunday molekulalarning monoqatlamini olamiz (13-rasm). Juftlanmagan molekulalar nol, juftlashganlar esa ikkilik axborot kodining birliklari hisoblanadi. Ushbu nol va birlardan foydalanib, masalan, optik jihatdan o'qiladigan matn yozish mumkin, chunki juftlashtirilmagan va juftlashgan molekulalar turli xil yutilish zonalariga ega. Endi biz Blodgett usuli yordamida ikkinchi mono qatlamni ushbu mono qatlamga qo'llaymiz. Keyin molekulalararo o'zaro ta'sirning o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, molekulyar juftliklar o'zlariga aynan bir xil juftlarni jalb qiladi va bitta molekulalar bittasini afzal ko'radi. Ushbu "qiziqish klubi" ishi natijasida axborot rasmi ikkinchi mono qatlamda takrorlanadi. Yuqori monolayerni pastki qismdan ajratib, siz nusxa olishingiz mumkin. Bunday nusxa ko'chirish jarayoni DNK molekulalaridan ma'lumotlarni ko'paytirish jarayoniga juda o'xshaydi - qo'riqchilar genetik kod- tirik organizmlar hujayralarida oqsil sintezi joyiga ma'lumot olib boradigan RNK molekulalari bo'yicha.

Xulosa

Nima uchun LB usuli hali ham hamma joyda joriy etilmagan? Chunki ko'rinib turgan yo'lda tuzoqlar bor. LB texnikasi tashqi ko'rinishidan sodda va arzon (o'ta yuqori vakuum, yuqori harorat va boshqalar kerak emas), lekin dastlab ayniqsa toza xonalarni yaratish uchun katta xarajatlar talab etiladi, chunki har qanday chang donasi hatto heterostrukturadagi monoqatlamlardan birida joylashgan. tuzalmas illatdir. Polimer materialning monoqatlamining tuzilishi, ma'lum bo'lishicha, vannaga qo'llash uchun eritma tayyorlanadigan hal qiluvchi turiga bog'liq.

Endi Langmuir texnologiyasidan foydalangan holda nanostrukturalarni loyihalash va ishlab chiqarishni rejalashtirish va amalga oshirish mumkin bo'lgan tamoyillar haqida tushuncha mavjud. Biroq, allaqachon ishlab chiqarilgan nanoqurilmalarning xususiyatlarini o'rganish uchun yangi usullar talab qilinadi. Shu sababli, biz bunday materiallarning fizik-kimyoviy xususiyatlarini va ularning strukturaviy shartliligini aniqlaydigan naqshlarni yaxshiroq tushunganimizdan keyingina nanostrukturalarni loyihalash, ishlab chiqarish va yig'ishda katta muvaffaqiyatlarga erisha olamiz. An'anaga ko'ra, LB plyonkalarini o'rganish uchun rentgen va neytron reflektometriyasi va elektron difraksiyasi qo'llaniladi. Shu bilan birga, diffraktsiya ma'lumotlari har doim nurlanish nuri qaratilgan maydon bo'yicha o'rtacha hisoblanadi. Shuning uchun ular hozirgi vaqtda atom kuchi va elektron mikroskopiya bilan to'ldiriladi. Nihoyat, strukturaviy tadqiqotlardagi eng so'nggi yutuqlar sinxrotron manbalarini ishga tushirish bilan bog'liq. LB vannasi va rentgen difraktometri birlashtirilgan stansiyalar yaratila boshlandi, buning natijasida mono qatlamlarning tuzilishini bevosita suv yuzasida hosil bo'lish jarayonida o'rganish mumkin. Nanotexnologiyalar va nanotexnologiyalar rivojlanishi hali rivojlanishning dastlabki bosqichida, ammo ularning salohiyati keng, tadqiqot usullari doimiy ravishda takomillashtirilmoqda va oldinda ishlarning oxiri yo'q.

Adabiyot

bir qatlamli film Langmuir Blodgett

1. Blinov L.M. " Jismoniy xususiyatlar va Langmuir mono- va ko'p molekulyar tuzilmalarni qo'llash". kimyo sohasidagi yutuqlar. 52-v., № 8, bet. 1263…1300, 1983 yil.

2. Blinov L.M. "Langmuir filmlari" Uspexi Fizicheskix Nauk, 155-jild, № 3 p. 443…480, 1988 yil.

3. Savon I.E. Diplom ishi// Langmuir filmlarining xususiyatlarini o'rganish va ularni ishlab chiqarish. Moskva 2010 yil 6-14-betlar

Shunga o'xshash hujjatlar

Sirt tarangligi tushunchasi va xossalari. Sirtning energiya parametrlarining haroratga bog'liqligi. Adsorbsiya. sirt faolligi. Sirt faol moddalar va faol bo'lmagan moddalar. monomolekulyar adsorbsiya. Lengmyur adsorbsion izotermasi.

taqdimot, 30.11.2015 qo'shilgan

Kremniyning anodik oksidlanish mexanizmi. Ion implantatsiyasi va vodorodni uzatish usuli bilan hosil bo'lgan plyonka qalinligining uning elektrofizik xususiyatlariga ta'siri. Anodik oksidlanish sharoitida "izolyatordagi kremniy" tuzilmalarining elektrofizik xususiyatlari.

dissertatsiya, 29/09/2013 qo'shilgan

Kapasitiv yuqori chastotali zaryadsizlanish: umumiy ma'lumot, turlari, qo'zg'alish usullari, eng oddiy modelni qurish, mavjudlik shakllari. Qisqacha nazariya Langmuir prob usuli. Raqamlar parametrlarini aniqlash uchun tenglamalar tizimi. Chiqarish oqimini o'lchash.

dissertatsiya, 30.04.2011 qo'shilgan

G'ovakli materiallarning xossalarini o'rganish. O'zgarishlarni o'rganish dielektrik xususiyatlar va Al2O3 ga kiritilgan Rochelle tuzi va triglisin sulfatning fazaviy o'tish harorati. Alyuminiyni anodlash orqali nanometr teshiklari bo'lgan oksid plyonkalarini olish.

dissertatsiya, 2012-09-28 qo'shilgan

Reaktor zavodining maqsadi va ko'lami, uning texnik xususiyatlar va mulkni tahlil qilish. Yangilangan gidravlika sxemasi, uning o'ziga xos xususiyatlar va tuzilishi. O'rnatishni neytron-fizikaviy hisoblash, uni turli usullar bilan amalga oshirish.

muddatli ish, 02/11/2016 qo'shilgan

Aerozollar haqida tushuncha, agregatsiya holati, dispersiya va kelib chiqishi bo‘yicha tasnifi. Aerozollarning optik, elektr va molekulyar-kinetik xossalari. Ko'pikning mikroheterojenligi, plyonka hosil bo'lishi. Ko'piklarning xossalari, hosil bo'lish usullari, yo'q qilinishi.

taqdimot, 17.08.2015 qo'shilgan

Kompleksning plyonkali qoplamalarini yotqizish kimyoviy tarkibi(oksidlar, nitridlar, metallar). Magnitronni cho'ktirish muammosi. Magnitron razryadning kuchi va bosimining beqarorligining plyonka cho'ktirish jarayoniga ta'sirini o'rganish, tajribalar natijalari.

dissertatsiya, 2013-05-19 qo'shilgan

Ko'zgu yuqori energiyali elektron diffraktsiyasi molekulyar nurli epitaksiya paytida plyonka sirtlarining tuzilishini tahlil qilish usuli sifatida. Silikon va germaniy plyonkasi qalinligining zaif noto'g'ri yo'naltirilgan silikon yuzasiga haroratga bog'liqligini tahlil qilish.

muddatli ish, 2011-yil 06-07 qo‘shilgan

Suyuqliklarning sirt faolligini o'rganishning fizik-kimyoviy usullari. Langmuir-Blodgett to'siq tizimi va laurat, kaliy kaprilat va kaprilik kislotaning bir komponentli eritmalarida hosil bo'lish dinamikasini Vilgelmi balansidan foydalangan holda o'rganish.

muddatli ish, 11/11/2014 qo'shilgan

Turli funktsional maqsadlar uchun qoplamalarning optik qalinligini nazorat qilish usullarining istiqbollari. Elektron nurlar sintezi natijasida hosil bo'lgan refrakter oksidlar asosida optik qoplamalar qalinligini nazorat qilish. Interferentsiya qoplamalarini hisoblash.

Ketrin Burr Blodgett 1898 yil 10 yanvarda Nyu-Yorkning Shenektadi shahrida (Schenektady, Nyu-York) tug'ilgan va oilada ikkinchi farzand edi. Uning otasi General Electric ("GE") da patent vakili bo'lgan, u erda aslida patent bo'limini boshqargan. Ketrin tug'ilishidan oldin uni uyida o'g'ri otib tashlagan. GE qotilni ushlash uchun 5000 dollar taklif qilgan. Salem shahridagi (Salem, NY) qamoqxona kamerasida gumondor o'zini osgan holda topildi. Ketrin, uning akasi Jorj (Jorj Jr.) va ularning onasi 1901 yilda Frantsiyaga (Frantsiya) ko'chib ketishdi.

1912 yilda Blodgett Nyu-Yorkka qaytib keldi va u erda xususiy maktabda o'qidi, shuning uchun u o'sha paytdagi ko'plab qizlardan mahrum bo'lgan a'lo ta'lim olishga muvaffaq bo'ldi. Ketrin yoshligidanoq o'zining matematik qobiliyatlarini namoyon etdi va keyinchalik u matematika va fizika fanlaridan ustun bo'lgan Bryn Mawr kollejiga stipendiya oldi. 1917 yilda u kollejda bakalavr darajasini oldi.

Davom etishga qaror qilish Ilmiy tadqiqot, Blodgett Rojdestvo bayramlarida GE zavodlaridan biriga tashrif buyurdi, u erda otasining sobiq hamkasblari uni kimyogar Irving Langmur bilan tanishtirishdi. Laboratoriyasini ko'zdan kechirgandan so'ng, Langmuir 18 yoshli Blodgettga u bilan ishlash uchun bilimini oshirishda davom etishi kerakligini aytdi.

Maslahatga quloq solgan Ketrin 1918 yilda Chikago universitetiga (Chikago universiteti) o'qishga kirdi va u erda dissertatsiya uchun "gaz niqobi" mavzusini tanladi. O'sha paytda Birinchi Jahon urushi to'liq davom etayotgan edi va qo'shinlar ayniqsa zaharli moddalardan himoyaga muhtoj edi. Blodgett deyarli barcha zaharli gazlar uglerod molekulalari tomonidan so'rilishi mumkinligini aniqlay oldi. U atigi 21 yoshda edi, u "Physical Review" jurnalida gaz niqoblari bo'yicha ilmiy maqolalarini chop etgan.

1924 yilda Blodgett fizika fanlari nomzodi dasturiga kiritildi. U ionlangan simob bug'idagi elektronlarning harakati haqida dissertatsiya yozgan. Ketrin 1926 yilda uzoq kutilgan doktorlik darajasini oldi. U magistr bo'lishi bilanoq, u darhol "GE" korporatsiyasiga qabul qilindi tadqiqotchi. Langmurga biriktirilgan Blodgett u bilan suv, metall yoki shisha sirtini qoplash uchun mo'ljallangan monomolekulyar plyonkalarni yaratish ustida ishladi. Ushbu maxsus plyonkalar yog'li edi va ularni bir necha nanometr kabi nozik qatlamlarda saqlash mumkin edi.

1935 yilda Ketrin monomolekulyar plyonkalarni birma-bir tarqatish usulini ishlab chiqdi. U shishani 44 ta monomolekulyar qatlam bilan qoplash uchun o'zgartirilgan bariy stearatidan foydalangan va uning o'tkazuvchanligini 99% dan ko'proqqa oshirgan. Shunday qilib, endi Langmuir-Blodgett filmi deb ataladigan "ko'rinmas oyna" yaratildi.

Blodgett o'z faoliyati davomida sakkizta AQSh patentini oldi va turli jurnallarda 30 dan ortiq ilmiy maqolalarni chop etdi. U zaharli gazlarni adsorbsion tozalash usulini, samolyot qanotlari uchun muzga qarshi tizimni ixtiro qildi va tutun pardasi kabi harbiy kamuflyaj turini takomillashtirdi.

Ketrin hech qachon turmushga chiqmagan. U ko'p yillar davomida eski Schenectady oilasining a'zosi Gertrude Braun bilan "Boston nikohi" (lesbiyan munosabatlari)da baxtli yashadi. Braundan keyin Blodgett qizlar maktabining direktori Elsi Errington bilan birga yashadi. Ketrin teatrni yaxshi ko'rardi, o'zi spektakllarda o'ynagan, bog'dorchilik va astronomiyani yaxshi ko'rardi. U antiqa buyumlar yig'di, do'stlari bilan ko'prik o'ynadi va kulgili she'rlar yozdi. Blodgett 1979 yil 12 oktyabrda o'z uyida vafot etdi.

aks holda Langmuir-Blodgett filmlari; Langmuir-Blodgett usuli(inglizcha) qisqartma, FUNT) - qattiq Langmuir plyonkalariga (suyuqlik yuzasida hosil bo'lgan birikmalarning mono qatlamlari) o'tkazish orqali mono va ko'p molekulyar plyonkalarni olish texnologiyasi.

Tavsif

Mono va ko'p molekulyar plyonkalarni shakllantirish usuli 1930-yillarda Irving Langmuir va uning shogirdi Katharina Blodgett tomonidan ishlab chiqilgan. IN hozirgi zamon bu texnologiya, Langmuir-Blodgett usuli deb ataladi, zamonaviy elektron qurilmalar ishlab chiqarishda faol qo'llaniladi.

Usulning asosiy g'oyasi - suv yuzasida amfifil moddaning monomolekulyar qatlamini shakllantirish va uni keyinchalik qattiq substratga o'tkazish. Suvli fazada amfifil moddaning molekulalari havo-suv interfeysida joylashgan. Sirtdagi monomolekulyar qatlam hosil qilish uchun sirt qatlami maxsus pistonlar yordamida siqiladi (1-rasmga qarang). Ketma-ket izotermik siqilish bilan monomolekulyar plyonkaning tuzilishi o'zgaradi, bu ikki o'lchovli holatlar qatoridan o'tadi, shartli ravishda gaz, suyuq kristall va qattiq kristall holatlari deb ataladi (2-rasmga qarang). Shunday qilib, plyonkaning fazaviy diagrammasini bilib, uning tuzilishini va u bilan bog'liq fizik-kimyoviy xususiyatlarini nazorat qilish mumkin. Filmni qattiq tashuvchiga o'tkazish eritmaga botirish va undan keyin tekis substratni olib tashlash orqali amalga oshiriladi, unda sirt plyonkasi paydo bo'ladi. Monomolekulyar plyonkani o'tkazish jarayoni ko'p marta takrorlanishi mumkin, shuning uchun turli xil ko'p molekulyar qatlamlar olinadi.

Tasvirlar

Mualliflar

Eremin Vadim Vladimirovich
Shlyaxtin Oleg Aleksandrovich
Streletskiy Aleksey Vladimirovich

Manba

Langmuir-Blodgett filmi // Vikipediya, bepul entsiklopediya. - http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir%E2%80%93Blodgett_film (kirish 01/08/2010).

Langmuir-Blodgett film atamasi ( Langmur— Blodgett filmlar) suv-havo interfeysidan (odatda suyuqlik-havo) qattiq substratga o'tkazilgan mono- yoki ko'p qatlamli plyonkalarni bildiradi. Suv-havo interfeysidagi molekulyar plyonka Langmuir plyonkasi deb ataladi. Suv-havo chegarasida amfifil molekulalarning monoqatlamlarini birinchi tizimli tadqiqotlar 1917 yilda Lengmyur tomonidan amalga oshirilgan. Qattiq substratda uzun karboksilik kislota zanjirlarining ko'p qatlamli plyonkasini cho'ktirish bo'yicha birinchi tadqiqot K.B. Blodgett 1935. LB plyonkalarini sirtida organik plyonka joylashgan suyuqlikka botirish (yoki ko'tarish) orqali jismoniy cho'ktirish usuli LB cho'kmasi deb ataladi. Eng ko'p ishlatiladigan suyuq muhit deionizatsiyalangan suvdir, ammo glitserin va simob kabi boshqa suyuqliklardan ham foydalanish mumkin. Barcha organik aralashmalar filtrlash (faollashtirilgan uglerod filtri orqali) orqali suv yuzasidan olib tashlanishi kerak.

Guruch. 3.23. GaAs-dagi InAs kvant nuqtalarining skanerlash tunnel mikroskopidagi tasvir, o'z-o'zidan yig'ish yo'li bilan yaratilgan (har bir nuqta balandligi 6 nm va asosiy diametri 30 nm)

Bir qatlamlari LB usuli bilan o'tkaziladigan va suv bilan o'zaro ta'sir qiladigan (suvda eriydigan), nam yoki shishib ketadigan moddalar deyiladi. gidrofil. Suv bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan (erimaydigan), namlanmaydigan va shishib ketmaydigan moddalar deyiladi. hidrofobik. Odatda amfifil modda suvda ham, yog'larda ham eriydi, lekin bu holda amfifil suvda erimaydigan molekuladir. Bunday molekulaning bir uchi gidrofil va shuning uchun afzal suvga botiriladi, ikkinchi uchi esa hidrofobik va shuning uchun havoda (yoki qutbsiz erituvchida) afzallik beriladi.

Amfifil moddaning klassik namunasi - stearin kislotasi (C 1 7 H 35 CO 2 H), unda uzun gidrokarbonat "dumi" (C 17 H 35 -) mavjud. hidrofobik va asosiy (bosh) karboksil guruhi ( - CO 2 H) gidrofildir. Amfifillarning bitta hidrofilik uchi borligi sababli (" bosh"- bosh), ikkinchi uchi esa hidrofobik (" quyruq” - quyruq), ular havo-suv yoki moy-suv kabi interfeyslarda joylashishni afzal ko'radilar. Shuning uchun ular sirt faol deb ham ataladi ( sirt faol moddalar).

LB plyonkalarining o'ziga xos xususiyati - bu shakllanish imkoniyati kristalli bo'lmagan materialning qattiq yuzasida tartibli tuzilish. Bu mono qatlamlarni turli substratlarga o'tkazish imkonini beradi. Ko'p hollarda mono qatlamlar o'tkazilganda gidrofil sirt substratlari ishlatiladi

shartnomada ( orqaga chekinish) shakl. Siz shisha, kvarts, alyuminiy, xrom, qalay (oxirgisi oksidlangan shaklda, masalan, Al 2 O 3 Al), oltin, kumush va yarimo'tkazgich materiallari (kremniy, galliy arsenid va boshqalar) kabi materiallardan foydalanishingiz mumkin. Odatiy tajribalarda 30% vodorod periks va konsentrlangan sulfat kislota (30/70wt%) aralashmasida 90°C da 30 daqiqa qaynatish yoʻli bilan tozalangan kremniy gofretlari qoʻllaniladi. Yuzaki ishlov berish turiga qarab, substratga hidrofilik yoki hidrofobik xususiyatlar berilishi mumkin. Yangi bo'lingan mikadan tayyorlangan substratlar qiziqish uyg'otadi. Ular atomik silliq sirtga ega va LB tajribalarida mustaqil ravishda va atomik tekis Au sirtlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi.

Mono qatlamlarni suv-havo interfeysidan qattiq substratga o'tkazish usulining ikki turi mavjud. Birinchi, eng keng tarqalgan variant vertikal cho'kma birinchi marta Blodgett va Langmuir tomonidan namoyish etilgan. Ular plitaning vertikal siljishi bilan suv-havo interfeysidan amfifil materialning monoqatlami yotqizilishi mumkinligini ko'rsatdi (3.24-rasm).

Guruch. 3.24. Langmuir-Blodgett usulida ko'p qatlamli plyonkalarni olish uchun qurilma (a) va ularni shakllantirish sxemasi (b)

Substrat suv-havo interfeysida monoqatlam orqali harakat qilganda, mono qatlam suzish (yuqoriga ko'tarilish) yoki cho'kish (cho'kish) jarayonida o'tkazilishi mumkin. Bir qatlamli
odatda suzuvchi jarayon davomida ko'chiriladi, agar substrat yuzasi hidrofilik bo'lsa. Agar substrat yuzasi hidrofobik bo'lsa, mono qatlam suvga cho'mish paytida o'tkazilishi mumkin, chunki gidrofobik alkil zanjirlari sirt bilan o'zaro ta'sir qiladi. Agar yotqizish jarayoni gidrofil substratdan boshlansa, birinchi monoqatlam yotqizilgandan so'ng u hidrofobik bo'ladi va shu bilan ikkinchi monoqatlam cho'milish yo'li bilan o'tkaziladi. Bu usul amfifil molekulalar uchun ko'p qatlamli plyonkalarni shakllantirishning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi, unda bosh (" bosh") guruhlar kuchli gidrofil ( - UNOD, - RO 3 H 2 va boshqalar), va boshqa uchi ("quyruq") alkil zanjiridir.

Keyingi qatlamni qo'shish uchun bu jarayonni takrorlash mumkin. Ushbu turdagi yog'ingarchilik Blodgett chaqirdi Y- yog'ingarchilik turi, va filmlar Y-filmlar. Bunday plyonkalar substratning yo'nalishiga qarab hidrofobik yoki hidrofilik sirtga ega oxirgi marta monoqatlam orqali o'tadi. Biroq, agar hidrofobik sirt (masalan, sof kremniy yuzasi) havodan suvga o'tsa, hidrofobik uchlari sirt bilan bog'lanadi.

Substratni suvning plyonkali bo'lmagan qismidan siljitish va uni suvning plyonka bilan qoplangan maydoniga botirish uchun qurilmani loyihalash mumkin, bu esa substratda qatlamlarning bosh-dumli ketma-ketligini yaratadi. Bu usul deyiladi X-tipli cho'kma va bir xil yo'naltirilgan mono qatlamlardan tashkil topgan plyonkalar X-filmlar deb ataladi.. Bu erda quyidagilar muhim ahamiyatga ega:

Birinchidan, bu cho'ktirish usuli osonlik bilan nazorat qilinadi;

ikkinchidan, plyonka qalinligi molekulaning uzunligi bilan aniq belgilanadi;

· va nihoyat, X-tipli yotqizish centrosimmetrik emas, bu chiziqli bo'lmagan optik qurilmalar uchun juda muhimdir.

Kuchli gidrofil bosh guruhlari uchun bu cho'ktirish usuli eng barqaror hisoblanadi, chunki qo'shni mono qatlamlar o'zaro ta'sir qiladi: hidrofobik - hidrofobik yoki hidrofilik bilan hidrofilik. (3.25-rasm). Interferentsiya chegaralariga ko'ra, bunday filmlar yuzlab monoqatlamlarni o'z ichiga olishi mumkin.

Guruch. 3.25. Y-, X- va Z-tipli plyonkalarning sxematik tasviri (a)

Ketma-ket joylashtirilgan monoqatlamlar qat'iy belgilangan yo'nalishga ega bo'lishi shart emas. X va Y bariyli stearat plyonkalarining klassik rentgenologik tadqiqotida Ehlert har ikkala turdagi plyonkalarda ham ichki yo'nalish degan xulosaga keldi. xuddi shu. Y-tuzilishi barqarorroq deb taxmin qilinadi.

Faqat cho'milish jarayonida hosil bo'lishi mumkin bo'lgan filmlar odatda X tipidagi filmlardir. Cho'kma uchinchi turga ko'ra sodir bo'ladi, plyonkalar faqat ko'tarish paytida hosil bo'lganda (Z-tipli plyonkalar).

Bosh guruhlari ochiq gidrofil bo'lmagan variantlar mavjud (masalan - COOMe) yoki alkil zanjiri zaif qutbli guruh bilan tugaganda (masalan, - NO 2). Ikkala holatda ham ikkita qo'shni monoqatlamlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir gidrofilik-gidrofobikdir va shuning uchun bu qatlamlar Y tipidagi tizimlarga qaraganda kamroq barqarordir. E'tibor bering, esterlar kabi nisbatan qutbsiz amfifil materiallarning X tipidagi cho'kishi buyurtma qilingan plyonkalarni hosil qiladi, Y tipidagi cho'kma esa patologik hisoblanadi. Bundan tashqari, X va Z tipidagi cho'kma markazlashtirilgan bo'lmagan va shuning uchun NLO ilovalari (chiziqli bo'lmagan optika) uchun muhimdir. Nihoyat, shuni ta'kidlash kerakki, X-, Y- va Z-tiplarining cho'kishi X, Y- va Z-tipli plyonkalarning shakllanishiga olib kelishi shart emas.

Shu munosabat bilan transfer koeffitsienti tushunchasini kiritish kerak. Blodgett tomonidan ta'kidlanganidek, shisha yuzasiga yotqizilishi mumkin bo'lgan amfifillar miqdori bir necha omillarga bog'liq. O'tkazish koeffitsienti A / A s nisbati sifatida aniqlanadi, bu erda A s - bir qatlam bilan qoplangan substratning maydoni va Ai - suv-havo interfeysida (doimiy) bu mono qatlam egallagan maydonning pasayishi. bosim). Ideal Y-tipli plyonka doimiy bo'lgan ko'p qatlamli tizimdir

cho'kmaning ikkala holatida (substrat yuqoriga va pastga harakat qilganda) birlikka teng bo'lgan uzatish koeffitsienti. Ideal X-tipli plyonka shunga mos ravishda qatlamli tizim sifatida belgilanishi mumkin, bunda uzatish koeffitsienti cho'mish paytida har doim bitta va ko'tarilganda nolga teng bo'ladi. Amalda, ideal formulalardan og'ishlar mavjud.
.

Organik qatlamlar suyuqlik-gaz interfeysidan o'tadi qattiq sirt vertikal suvga cho'mish yoki ko'tarilish paytida substratlar (3.26-rasm). Yuqorida ko'rsatilgandek, bu yog'ingarchilikda ishlatiladigan organik molekulalar ikki turdagi funktsional guruhlardan iborat: bir uchi gidrofil, masalan, kislota yoki spirt guruhini o'z ichiga olgan uglevodorod zanjiri, suvda eriydi va ikkinchi uchi hidrofobik, tarkibida, masalan, erimaydigan uglevodorod guruhlari mavjud. Natijada molekulalar suv yuzasida suv tomonida gidrofil uchlari va havo tomonida hidrofobik uchlari bo'lgan plyonka hosil qiladi. Bundan tashqari, bunday plyonka suyuqlik yuzasida doimiy mono qatlam hosil bo'lguncha harakatlanuvchi to'siq bilan siqilishi mumkin.

Guruch. 3.26. Langmur-Schaifer usulining sxematik tasviri

Qattiq substrat reduktor tomonidan belgilangan ma'lum tezlikda harakat qilganda, organik plyonka havo-suv interfeysidan o'tib, qattiq substrat yuzasiga yopishadi. Shunday qilib, agar shisha plastinka suvdagi bariy stearatining monoqatlami orqali ko'tarilsa, plyonka plyonkaga yopishadi, uning hidrofobik yuzasi tashqi tomonga yo'naltiriladi. Plyonka bilan qoplangan substratning yuzasi hidrofobikdir va bariy stearatining o'ziga qaraganda ancha katta. Agar plastinka plyonka bilan qoplangan sirt orqali orqaga botirilsa, unda ikkinchi qatlam "orqaga" yotqiziladi.

Ko'rinib turgan soddaligiga qaramay, LB usuli bilan ko'p qatlamli plyonkalarni ishlab chiqarish oddiy, osonlik bilan takrorlanadigan jarayon emas. Ehtiyotkorlik kerak

kino ishlab chiqarishning eng kichik detallarini nazorat qilish (atmosfera bosimi, harorat, namlik, havoda ifloslanish mavjudligi va boshqalar).

Boshqa yaratish usuliFUNT-ko'p qatlamli tuzilmalar - gorizontal ko'tarish usuli (Shefer’ susuli), "gorizontal lift" 1938 yilda Langmuir va Shayfer tomonidan ishlab chiqilgan. Shaiffer usuli juda qattiq (qattiq) plyonkalarni yotqizish uchun foydalidir. Bunday holda, suv-havo interfeysida birinchi navbatda siqilgan mono qatlam hosil bo'ladi (3.26-rasm, a). Keyin tekis substrat monolayer plyonkaga gorizontal ravishda joylashtiriladi (3.26-rasm, b, c). Ushbu substrat ko'tarilib, suv sathidan ajralsa, mono qatlam substratga o'tkaziladi (3.26-rasm, d), nazariy jihatdan molekulalarning bir xil yo'nalishini (X-tipi) saqlaydi.

Biroq, bu yo'nalishdagi muvaffaqiyatlar haqida nashrlar yo'q. Polimer amfifil materiallarning mono qatlamlari yuqori yopishqoqligi tufayli gorizontal cho'kish uchun yaxshi nomzod bo'lishini kutish mumkin.

Bo'lishi bilanoq amaliy muammolar hal qilinadi, Shayfer usuli o'zining muhim afzalliklari tufayli keng qo'llanilishini topadi. Birinchi afzallik shundaki, gorizontal cho'kish tezligi plyonkaning yopishqoqligi oshishi bilan kamaymaydi va shuning uchun termal barqaror mono qatlamlarni beruvchi polimer plyonkalardan foydalanish mumkin. Ikkinchi afzallik - turli xil qo'llash sohalarida qo'llanilishi mumkin bo'lgan markazlashtiruvchi bo'lmagan X tipidagi ko'p qatlamli plyonkalarning shakllanishi. Uchinchi va eng muhim afzallik - bu loyihalash qobiliyati organik super panjaralar.

ostida super panjaralar Biz yangi fizik xususiyatlarni ko'rsatadigan va har xil turdagi organik molekulalarning monomolekulyar qatlamlarini cho'ktirish jarayonlarini takrorlash orqali hosil bo'lgan yaqin o'ralgan, tartibli, uch o'lchovli molekulyar shakllanishlarni tushunamiz.

Molekulyar darajadagi (molekulyar muhandislik) materiallarni yaratishning bu usuli qiziqish uyg'otadi, chunki u turli funktsiyalarga ega bo'lgan super panjaralarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Bunday super panjaralar molekulyar birlashtirilgan qurilmalarni loyihalash uchun ishlatilishi mumkin, chunki turli qatlamlar bajarishi mumkin turli funktsiyalar kuchaytirish, optik ishlov berish, elektron uzatish va boshqalar kabi.

Ko'rib chiqilayotgan usullarning yuqori potentsialiga qaramay, LB plyonkalari an'anaviy usullar asosida yaratilgan materiallar bilan hali raqobatlasha olmasligi sababli ular hozirda keng qo'llanilmaydi. Bundan tashqari, ushbu filmlarning termal va uzoq muddatli barqarorligi masalasi ochiq qolmoqda.

Kirish

Langmuir-Blodgett filmlari zamonaviy fizikaning tubdan yangi ob'ekti bo'lib, ularning har qanday xossalari g'ayrioddiy. Hatto bir xil mono qatlamlardan tashkil topgan oddiy plyonkalar ham maxsus tuzilgan molekulyar ansambllarni hisobga olmaganda, bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega. Langmuir-Blodgett plyonkalari fan va texnikaning turli sohalarida: elektronika, optika, amaliy kimyo, mikromexanika, biologiya, tibbiyot va boshqalarda turli amaliy qo'llanmalarni topadi. Langmur mono qatlamlari buyurtma qilingan ikki o'lchovli tuzilmalarning fizik xususiyatlarini o'rganish uchun namunaviy ob'ektlar sifatida muvaffaqiyatli qo'llaniladi. . Langmuir-Blodgett usuli monoqatlamning sirt xususiyatlarini o'zgartirishni va yuqori sifatli plyonkali qoplamalarni hosil qilishni juda oson qiladi. Bularning barchasi natijada olingan plyonka qalinligini aniq nazorat qilish, qoplamaning bir xilligi, past pürüzlülük va to'g'ri sharoitlar tanlangan bo'lsa, plyonkaning sirtga yuqori yopishishi tufayli mumkin. Filmlarning xossalari amfifil molekulaning qutb boshining tuzilishini, monoqatlamning tarkibini, shuningdek, izolyatsiyalash shartlarini - subfaza tarkibini va sirt bosimini o'zgartirish orqali ham osonlik bilan o'zgarishi mumkin. Langmuir-Blodgett usuli turli molekulalar va molekulyar komplekslarni, shu jumladan biologik faollarni bir qatlamga kiritish imkonini beradi.

1.
Langmuir filmining kashf etilishi tarixi

Bu hikoya taniqli amerikalik olim va hurmatli diplomat Benjamin Franklinning ko'plab sevimli mashg'ulotlaridan biri bilan boshlanadi. 1774 yilda Evropada Angliya va Shimoliy Amerika shtatlari o'rtasidagi navbatdagi mojaroni hal qilgan Franklin bo'sh vaqtlarida suv yuzasida neft plyonkalari bilan tajriba o'tkazdi. Yarim akr (1 akr ≈ 4000 m 2) suv havzasi yuzasiga atigi bir qoshiq moy yoyilgani olimni hayratda qoldirdi. Agar hosil bo'lgan plyonkaning qalinligini hisoblasak, u o'n nanometrdan (1 nm = 10 -7 sm) oshmaydi; boshqacha qilib aytganda, plyonka faqat bitta molekula qatlamini o'z ichiga oladi. Biroq, bu haqiqat faqat 100 yil o'tgach amalga oshdi. Agnes Pokels ismli qiziquvchan ingliz ayol o'z vannasida organik aralashmalar bilan ifloslangan suvning sirt tarangligini, oddiy qilib aytganda, sovun bilan o'lchashni boshladi. Aniqlanishicha, uzluksiz sovun plyonkasi sirt tarangligini sezilarli darajada pasaytiradi (esda tutingki, u sirt qatlamining birlik maydoniga energiyasini ifodalaydi). Pokels o'z tajribalari haqida taniqli ingliz fizigi va matematigi Lord Reyliga yozgan, u nufuzli jurnalga maktub yo'llab, o'z sharhlarini taqdim etgan. Keyin Reylining o'zi Pockels tajribalarini takrorladi va quyidagi xulosaga keldi: "Kuzatilgan hodisalar Laplas nazariyasi doirasidan tashqarida va ularni tushuntirish molekulyar yondashuvni talab qiladi". Boshqacha qilib aytganda, nisbatan oddiy - fenomenologik - mulohazalar etarli emas edi, materiyaning molekulyar tuzilishi haqidagi g'oyalarni jalb qilish kerak edi, ular o'sha paytda aniq bo'lmagan va umuman qabul qilinmagan. Tez orada amerikalik olim va muhandis Irving Langmur (1881-1957) ilmiy sahnaga chiqdi. Uning butun ilmiy tarjimai holi taniqli "ta'rif" ni rad etadi, unga ko'ra "fizik - hamma narsani tushunadigan, lekin hech narsani bilmaydigan odam; kimyogar, aksincha, hamma narsani biladi va hech narsani tushunmaydi, fizikokimyogar esa na biladi va na tushunadi. Langmur Nobel mukofotiga aynan fizik kimyo bo'yicha qilgan ishlari uchun berilgan, uning soddaligi va o'ychanligi bilan ajralib turadi. Langmuir tomonidan termion emissiya, vakuum texnologiyasi va yutilish sohasida olingan klassik natijalarga qo'shimcha ravishda, u sirt plyonkalarining monomolekulyar xususiyatini tasdiqlovchi ko'plab yangi eksperimental usullarni ishlab chiqdi va hatto molekulalarning yo'nalishini va o'ziga xos maydonni aniqlashga imkon berdi. ular tomonidan ishg'ol qilingan. Bundan tashqari, Langmuir birinchi bo'lib bir molekula qalinlikdagi plyonkalarni - mono qatlamlarni suv yuzasidan qattiq substratlarga o'tkazishni boshladi. Keyinchalik uning shogirdi Katharina Blodgett bir qatlamni birin-ketin ko'chirish texnikasini ishlab chiqdi, shunda stacked stack strukturasi yoki ko'p qatlamli qattiq substratda olingan bo'lib, hozir Langmuir-Blodgett plyonkasi deb ataladi. "Langmuir plyonkasi" nomi ko'pincha suv yuzasida yotgan bir qatlamning orqasida saqlanadi, garchi u ko'p qatlamli plyonkalarga nisbatan ham qo'llaniladi.

2 ta suv parisi molekulalari

Ma'lum bo'lishicha, etarlicha murakkab molekulalarning o'ziga xos qaramliklari bor. Masalan, ba'zi organik molekulalar suv bilan aloqani "yoqadi", boshqalari esa suvdan "qo'rqib" bunday aloqadan qochishadi. Ular navbati bilan hidrofilik va hidrofobik molekulalar deb ataladi. Biroq, suv parisi kabi molekulalar ham bor - ularning bir qismi hidrofil, ikkinchisi esa hidrofobikdir. Mermaid molekulalari muammoni o'zlari hal qilishlari kerak: suvda bo'lish yoki bo'lmaslik (agar biz ularning suvli eritmasini tayyorlashga harakat qilsak). Topilgan yechim haqiqatan ham Sulaymon bo'lib chiqdi: albatta, ular suvda bo'ladi, lekin faqat yarmi. Suv parisi molekulalari suv yuzasida joylashganki, ularning gidrofil boshi (qoida tariqasida, ajratilgan zaryadlarga ega - elektr dipol momenti) suvga tushadi va hidrofobik quyruq (odatda uglevodorod zanjiri) tashqariga chiqadi. atrofdagi gazsimon muhit (1-rasm) .

3.
Langmuir filmlar turlari

Mono qatlamlarni qattiq substratlarga o'tkazishning ikkita usuli bor, ularning ikkalasi ham shubhali darajada oddiy, chunki ular tom ma'noda yalang'och qo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin.

Amfifil molekulalarning monoqatlamlari suv yuzasidan qattiq substratga Langmuir-Blodgett usuli (yuqorida) yoki Schaeffer usuli (pastki) bilan o'tkazilishi mumkin. Birinchi usul mono qatlamni vertikal ravishda harakatlanuvchi substrat bilan "teshish" dan iborat. Bu X - (molekulyar dumlar substrat tomon yo'naltirilgan) va Z tipidagi (teskari yo'nalish) qatlamlarini olish imkonini beradi. Ikkinchi yo'l - monolayerga gorizontal yo'naltirilgan substrat bilan teginish oddiygina. Bu X tipidagi mono qatlamlarni beradi. Birinchi usul Langmuir va Blodgett tomonidan ixtiro qilingan. Bir qatlam suzuvchi to'siq yordamida suyuq kristallga aylantiriladi - u ikki o'lchovli suyuq kristall holatga keltiriladi va keyin u tom ma'noda substrat bilan teshiladi. Bunday holda, plyonka o'tkaziladigan sirt vertikal ravishda yo'naltiriladi. Suv parisi molekulalarining substratdagi yo'nalishi substratning monoqatlam orqali suvga tushirilishiga yoki aksincha, suvdan havoga ko'tarilishiga bog'liq. Agar substrat suvga botirilgan bo'lsa, unda "suv parilari" ning dumlari substrat tomon yo'naltirilgan bo'lib chiqadi (Blodgett bunday qurilishni X tipidagi monolayer deb atagan) va agar ular tortib olinsa, aksincha, substratdan uzoqda (Z-tipli monoqatlam), rasm. 2a. Har xil sharoitlarda bir qavatning boshqasidan keyin uzatilishini takrorlash orqali simmetriyasi bilan bir-biridan farq qiluvchi uch xil turdagi (X, Y, Z) ko‘p qatlamli steklarni olish mumkin. Masalan, X- va Z-tipli ko'p qatlamlarda (3-rasm) aks ettirish markazi - inversiya bo'lmaydi va ular musbat va manfiy yo'nalishga qarab substratdan uzoqqa yoki substrat tomon yo'naltirilgan qutb o'qiga ega. elektr zaryadlari fazoda, ya'ni molekulaning elektr dipol momentining yo'nalishiga qarab bir-biridan oraliqda joylashgan. Y tipidagi ko'p qatlamlar ikki qavatli yoki ular aytganidek, ikki qatlamli (darvoqe, ular biologik membranalarga o'xshash tarzda qurilgan) va markaziy simmetrik bo'lib chiqadi. X-, Z- va Y-tipdagi ko'p qatlamli tuzilmalar substratga nisbatan molekulalarning yo'nalishi bo'yicha farqlanadi. X va Z-tiplarning tuzilmalari qutblidir, chunki barcha molekulalar bir xil yo'nalishda "ko'rinadi" (dumlari - mos ravishda X va Z-tiplari uchun substratga yoki substratdan uzoqda).

Guruch. 3. X va Z tipidagi tuzilmalar

strukturasi biologik membrananing tuzilishiga o'xshash qutbsiz ikki qatlamli paketga mos keladi. Ikkinchi usulni ham Langmuir shogirdi Schaeffer taklif qilgan. Substrat deyarli gorizontal ravishda yo'naltiriladi va qattiq fazada saqlanadigan monolayer bilan engil aloqaga keltiriladi (2b-rasm). Bir qatlamli qatlam oddiygina substratga yopishadi. Ushbu operatsiyani takrorlash orqali X tipidagi ko'p qatlamni olish mumkin. Shaklda. 4-rasmda substrat pastki fazadan ko'tarilganda bir qatlamli cho'kish jarayoni ko'rsatilgan: amfifil molekulalarning gidrofil boshlari substratga "yopishadi". Agar substrat havodan pastki fazaga tushirilsa, u holda molekulalar unga uglevodorod dumlari bilan "yopishadi".

. Kino ishlab chiqarish korxonalari

Langmuir o'rnatishning umumiy blok diagrammasi

1 - Langmur vannasi; 2 - shaffof muhrlangan quti;

Massiv metall taglik plitasi; 4 - amortizatorlar;

Harakatlanuvchi to'siq; 6 - tarozi Vilgelmi; 7 - plastinka og'irliklari Vilgelmi; 8 - substrat; 9 - to'siqning elektr qo'zg'atuvchisi (5); - taglikning elektr haydovchisi (8); II - peristaltik nasos; - quvvat kuchaytirgichlari bilan ADC / DAC interfeysi;

Shaxsiy kompyuter IBM PC/486.

O'rnatish maxsus dastur yordamida shaxsiy kompyuter orqali boshqariladi. Sirt bosimini o'lchash uchun Vilgelmi balanslari qo'llaniladi (bir qatlamning sirt bosimi p - toza suv yuzasida va sirt faol moddasi mono qatlam bilan qoplangan sirtdagi sirt tarangliklari orasidagi farq). Aslida Vilgelmi balansi F=F 1 +F 2 kuchini o‘lchaydi, uning yordamida suvga namlangan plastinka suvga tortiladi (7-rasmga qarang). Bir parcha filtr qog'ozi namlangan plastinka sifatida ishlatiladi. Vilgelmi balansining chiqishidagi kuchlanish sirt bosimi p bilan chiziqli bog'liqdir. Ushbu kuchlanish kompyuterda o'rnatilgan ADC ning kirishiga beriladi. Bir qatlamli maydon reostat yordamida o'lchanadi, kuchlanishning pasayishi harakatlanuvchi to'siqning koordinata qiymatiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Reostatdan keladigan signal ADC ning kirishiga ham beriladi. Ko'p qatlamli tuzilmalarning shakllanishi bilan bir qatlamni suv yuzasidan qattiq substratga ketma-ket o'tkazish uchun mexanik qurilma (10) qo'llaniladi, u asta-sekin (daqiqada bir necha mm tezlikda) substratni tushiradi va ko'taradi (8). ) mono qatlam yuzasi orqali. Bir qatlamlar ketma-ket asosga o'tkazilganda, suv yuzasida bir qatlam hosil qiluvchi moddaning miqdori kamayadi va harakatlanuvchi to'siq (5) avtomatik ravishda harakatlanadi, bunda sirt bosimi doimiy bo'ladi. Harakatlanuvchi to'siq (5) DAC chiqishidan quvvat kuchaytirgich orqali mos keladigan dvigatelga beriladigan kuchlanish yordamida kompyuter orqali boshqariladi. Substratning harakati boshqaruv panelidan substrat tezligini qo'pol va silliq sozlash uchun tugmalar yordamida boshqariladi. Ta'minot kuchlanishi quvvat manbaidan boshqaruv paneliga, u erdan esa quvvat kuchaytirgichi orqali ko'tarish mexanizmining elektr motoriga beriladi.

KSV 2000 avtomatlashtirilgan o'rnatish

Guruch. 8. O'rnatish sxemasi KSV 2000

Guruch. 10. Kyuveta bo'limi

O'rnatishning texnik xususiyatlari:

Maksimal substrat hajmi 100 * 100 mm

Filmni joylashtirish tezligi 0,1-85 mm / min

Cho'kish davrlari soni 1 yoki undan ko'p

0-10 tsikldagi plyonkani quritish vaqti 4 sek

Yuzaki o'lchov diapazoni 0-250 mN / m

bosim

O'lchov aniqligi 5 mkN/m

sirt bosimi

Katta o'rnatish maydoni 775 * 120 mm

Subfaza hajmi 5,51 l

Subfaza 0-60 ° S haroratni nazorat qilish

To'siq tezligi 0,01-800 mm / min

5. Langmuir-Blodgett filmlarining sifatiga ta'sir qiluvchi omillar

Langmur-Blodjet filmlarining sifat omili quyidagicha ifodalanadi

yo'l:

K \u003d f (K us, K bular, K pav, K ms, Kp),

mc - o'lchash asboblari;

Kteh - texnologik tozalik;

Kpaw - pastki fazaga purkalgan sirt faol moddaning fizik-kimyoviy tabiati;

K ms - pastki faza yuzasida mono qatlamning faza holati;

Kp - substrat turi.

Birinchi ikkita omil dizayn va texnologik, qolganlari esa fizik va kimyoviy bilan bog'liq.

O'lchov asboblari taglik va to'siqni harakatlantirish uchun asboblarni o'z ichiga oladi. Ko'p tuzilmalarni shakllantirishda ularga qo'yiladigan talablar quyidagilar:

Mexanik tebranishlar yo'q;

Namuna harakat tezligining doimiyligi;

To'siqning harakat tezligining doimiyligi;

Texnologik tozalikni yuqori darajada saqlash

Xom ashyoning tozaligini nazorat qilish (distillangan suvdan pastki faza asosi sifatida foydalanish, sirt faol moddalar va elektrolitlar eritmalarini ishlatishdan oldin darhol tayyorlash);

Tayyorgarlik operatsiyalarini o'tkazish, masalan, tagliklarni etching va tozalash;

Subfazaning sirtini oldindan tozalash;

O'rnatishning ish maydonida kvazi-yopiq hajmni yaratish;

Barcha ishlarni sun'iy iqlimi bo'lgan ixtisoslashtirilgan xonada - "toza xonada" bajarish.

Sirt faol moddasining fizik-kimyoviy xususiyatini belgilovchi omil moddaning individual xususiyatlarini tavsiflaydi:

Sirt faol moddaning o'zi molekulalari bilan sirt faol moddasi va subfaza molekulalari o'rtasidagi gidrofil va hidrofobik o'zaro ta'sirlarning nisbatini aniqlaydigan molekulaning tuzilishi (geometriyasi);

Sirt faol moddalarning suvda eruvchanligi;

Sirt faol moddalarning kimyoviy xossalari

Yuqori strukturaviy mukammal plyonkalarni olish uchun quyidagi parametrlarni nazorat qilish kerak:

mono qatlamdagi sirt tarangligi va PLBda nuqsonlar mavjudligini tavsiflovchi uzatish koeffitsienti;

atrof-muhit harorati, bosimi va namligi;

PH subfazalari,

Filmni joylashtirish tezligi

Izoterm kesimlari uchun siqilish koeffitsienti quyidagicha aniqlanadi:

bu yerda (S, P) izotermaning chiziqli kesimining boshi va oxiri koordinatalari.

6. Noyob kino xususiyatlari

Qattiq substratda bir xil yo'naltirilgan molekulalarning monoqatlamini qanday olishni allaqachon bilganimizdan so'ng, unga elektr kuchlanish manbasini yoki, aytaylik, o'lchash moslamasini ulash vasvasasi paydo bo'ladi. Keyin biz ushbu qurilmalarni to'g'ridan-to'g'ri individual molekulaning uchlari bilan bog'laymiz. Yaqin vaqtgacha bunday tajriba imkonsiz edi. Bir qatlamga elektr maydoni qo'llanilishi va moddaning optik yutilish bantlarining siljishini kuzatish yoki tashqi zanjirdagi tunnel oqimini o'lchash mumkin. Bir juft plyonkali elektrod orqali kuchlanish manbasini mono qatlamga ulash ikkita juda aniq ta'sirga olib keladi (11-rasm). Birinchidan, elektr maydoni to'lqin uzunliklari shkalasi bo'yicha molekulaning yorug'lik yutish zonalarining holatini o'zgartiradi. Bu klassik Stark effekti (1913 yilda uni kashf etgan mashhur nemis fizigi nomi bilan atalgan), ammo bu holda qiziqarli xususiyatlarga ega. Gap shundaki, yutilish zonasining siljish yo'nalishi, ma'lum bo'lishicha, elektr maydon vektorining o'zaro yo'nalishiga va molekulaning ichki dipol momentiga bog'liq. Va bu nimaga olib keladi: bir xil modda uchun va bundan tashqari, bir xil maydon yo'nalishi uchun yutilish zonasi X tipidagi bir qatlam uchun qizil mintaqaga va Z tipidagi mono qatlam uchun ko'k rangga o'tadi. Shunday qilib, monoqatlamdagi dipollarning yo'nalishini tarmoqli siljish yo'nalishi bo'yicha hukm qilish mumkin. Sifat jihatdan, bu jismoniy holat tushunarli, ammo agar biz bantlarning siljishlarini miqdoriy jihatdan izohlashga harakat qilsak, elektr maydoni murakkab molekula bo'ylab qanday aniq taqsimlanganligi haqidagi eng qiziqarli savol tug'iladi. Stark effekti nazariyasi nuqta atomlari va molekulalarining farazlariga asoslanadi (bu tabiiydir - axir, ularning o'lchamlari maydon o'zgargan uzunlikdan ancha kichikroq), ammo bu erda yondashuv tubdan farq qilishi kerak va hali ishlab chiqilmagan. Yana bir ta'sir tunnel oqimining monoqatlam orqali o'tishidan iborat (biz potentsial to'siq orqali elektronlarning kvant mexanik oqishi mexanizmi haqida gapiramiz). Past haroratlarda Langmuir monoqatlami orqali tunnel oqimi haqiqatan ham kuzatiladi. Ushbu sof kvant hodisasining miqdoriy talqini suv parisi molekulasining murakkab konfiguratsiyasini ham o'z ichiga olishi kerak. Va voltmetrning monolayerga ulanishi nima berishi mumkin? Ma'lum bo'lishicha, u holda tashqi omillar ta'sirida molekulaning elektr xususiyatlarining o'zgarishini kuzatish mumkin bo'ladi. Masalan, monoqatlamning yoritilishi ba'zan yorug'lik kvantini yutgan har bir molekulada zaryadning sezilarli qayta taqsimlanishi bilan birga bo'ladi. Bu molekulyar zaryad o'tkazish deb ataladigan ta'sirdir. Yorug'lik kvanti, xuddi elektronni molekula bo'ylab harakatga keltiradi va bu tashqi zanjirda elektr tokini keltirib chiqaradi. Shunday qilib, voltmetr molekulyar elektron fotoprosesni qayd qiladi. Zaryadlarning molekula ichidagi harakati haroratning o'zgarishi bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Bunday holda, monoqatlamning umumiy elektr dipol momenti o'zgaradi va tashqi zanjirda piroelektrik oqim deb ataladigan narsa qayd etiladi. Biz ta'riflangan hodisalarning hech biri yo'nalish bo'yicha molekulalarning tasodifiy taqsimlanishi bilan filmlarda kuzatilmasligini ta'kidlaymiz.

Bugungi kunda ilmiy adabiyotlar savolni faol muhokama qilmoqda: ikki o'lchovli magnitlarni yasash mumkinmi? Va jismoniy tilda, biz bir xil tekislikda joylashgan molekulyar magnit momentlarning o'zaro ta'siri o'z-o'zidan magnitlanishni keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan fundamental imkoniyat mavjudligi haqida gapiramiz. Ushbu muammoni hal qilish uchun amfifil suv parisi molekulalariga o'tish metall atomlari (masalan, marganets) kiritiladi, so'ngra Blodgett usulida mono qatlamlar olinadi va ularning magnit xossalari past haroratlarda o'rganiladi. Birinchi natijalar ikki o'lchovli tizimlarda ferromagnit tartiblash imkoniyatini ko'rsatadi. Va yana bir misol Langmuir filmlarining g'ayrioddiy jismoniy xususiyatlarini ko'rsatadi. Ma'lum bo'lishicha, molekulyar darajada axborotni bir qatlamdan ikkinchisiga, qo'shniga o'tkazish mumkin. Shundan so'ng, qo'shni monolayer ajratilishi mumkin va shu bilan birinchi monolayerda "yozilgan" narsaning nusxasini olish mumkin. Bu quyidagi tarzda amalga oshiriladi. Keling, masalan, Blodgett usuli bilan tashqi omillar, masalan, elektron nurlar ta'sirida juftlashishga - dimerlanishga qodir bo'lgan bunday molekulalarning monoqatlamini olamiz (13-rasm). Juftlanmagan molekulalar nol, juftlashganlar esa ikkilik axborot kodining birliklari hisoblanadi. Ushbu nol va birlardan foydalanib, masalan, optik jihatdan o'qiladigan matn yozish mumkin, chunki juftlashtirilmagan va juftlashgan molekulalar turli xil yutilish zonalariga ega. Endi biz Blodgett usuli yordamida ikkinchi mono qatlamni ushbu mono qatlamga qo'llaymiz. Keyin molekulalararo o'zaro ta'sirning o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, molekulyar juftliklar o'zlariga aynan bir xil juftlarni jalb qiladi va bitta molekulalar bittasini afzal ko'radi. Ushbu "qiziqish klubi" ishi natijasida axborot rasmi ikkinchi mono qatlamda takrorlanadi. Yuqori monolayerni pastki qismdan ajratib, siz nusxa olishingiz mumkin. Bunday nusxa ko'chirish jarayoni DNK molekulalaridan - genetik kodni saqlovchilardan - ma'lumotni tirik organizmlar hujayralarida oqsil sintezi joyiga o'tkazadigan RNK molekulalariga ko'paytirish jarayoniga juda o'xshaydi.

Xulosa

Adabiyot

bir qatlamli film Langmuir Blodgett

1. Blinov L.M. "Langmuir mono- va ko'p molekulyar tuzilmalarning fizik xususiyatlari va qo'llanilishi". kimyo sohasidagi yutuqlar. 52-v., № 8, bet. 1263…1300, 1983 yil.

2. Blinov L.M. "Langmuir filmlari" Uspexi Fizicheskix Nauk, 155-jild, № 3 p. 443…480, 1988 yil.

3. Savon I.E. Diplom ishi // Langmuir filmlarining xususiyatlarini o'rganish va ularni ishlab chiqarish. Moskva 2010 yil 6-14-betlar