Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов ров золота, антител и ферментов. Метод формирования моно- и муль- тимолекулярных пленок был разработан Ирвингом Ленгмюром и его ученицей Катариной Блоджеттв 1930-х годах. В настоящее время дан- ная технология, названная методом Ленгмюра–Блоджетт, активно используется в производстве современных электронных приборов. Преимуществом метода Ленгмюра–Блоджетт является то, что он позволяет без значительных экономических затрат воспроизводимо получать молекулярные моно- и мультислои на основе органических веществ. Он не требует вакуума, высоких температур и давлений. Уни- кальность метода заключается в возможности послойно увеличивать толщину пленки, формирующейся на твердой поверхности, причем толщина каждого слоя определяется размерами молекулы использу- емого органического вещества. Метод позволяет строго контролиро- вать структурное совершенство получаемых пленок. Пленки Ленгмю- ра–Блоджетт применяются в электронике, оптике, микросистемной технике, мембранной технологии, биологии. Сама пленка формируется в результате последовательного перено- са монослоев так называемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) с поверхности воды или водного раствора на твердую подложку. Мо- нослой представляет собой слой из близко находящихся в плоскости, а не в пространстве, молекул того или иного вещества. Толщина плен- ки, образующейся на поверхности подложки, зависит от количества монослоев, а толщина самого монослоя определяется размером моле- кул используемых веществ. Метод Ленгмюра–Блоджетт дает возмож- ность наносить на различные твердые поверхности пленки толщиной от долей до сотен нанометров и, как уже было сказано, строго контро- лировать толщину и структуру пленок в процессе их формирования. Вещества, способные образовывать мономолекулярный слой или монослой на поверхности воды, являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), нерастворимыми в воде. Вообще поверхностно-ак- тивными называют вещества, которые способны накапливаться на по- верхности соприкосновения двух тел или двух фаз, например, жидко- сти и воды. При этом на поверхности образуется слой из этих веществ с повышенной концентрацией, т. е. число молекул поверхностно-ак- тивного вещества, приходящихся на единицу площади поверхности, большое. Любое вещество, состоящее из компонент жидкого раствора или газа, при определенных условиях может проявлять поверхностную 101 2.3. осаждение и напыление на подложку активность, адсорбируясь под действием межмолекулярных сил на по- верхности, тем самым понижая ее свободную энергию. Адсорбцией называют поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела. При этом вещество, на котором происходит процесс адсорбции, называ- ют адсорбентом, а поглощаемое — адсорбатом. Строение молекулы поверхностно-активных веществ таково, что одна часть молекулы яв- ляется гидрофильной, т. е. имеет сродство к воде, а другая — гидро- фобной, или не имеющей этого сродства. Такие молекулы называют амфифильными, и при определенных условиях они могут образовы- вать мономолекулярный слой, состоящий из плотно расположенных молекул. Мономолекулярные слои могут образовывать и полимеры, имеющие чередующиеся по всей длине полимерной цепи гидрофиль- ные и гидрофобные группы либо представляющие собой полимерные молекулы, состоящие из двух отрезков, один из которых содержит ги- дрофильные мономеры, а другой — гидрофобные. Мономерами яв- ляются низкомолекулярные соединения, способные, например, в ре- акции полимеризации, при которой молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул низкомолекуляр- ного вещества к активному центру на конце растущей цепи, превра- щаться в высокомолекулярные соединения. В таком случае молекула мономера, входя в состав цепи, образует мономерное звено. Основная идея метода заключается в формировании на водной поверхности мономолекулярного слоя амфифильного вещества и по- следующем его переносе на твердую подложку. В водной фазе моле- кулы амфифильного вещества располагаются на поверхности раздела «воздух–вода». Для формирования поверхностного мономолекуляр- ного слоя используют сжатие поверхностного слоя с помощью спе- циальных поршней. При последовательном изотермическом сжатии изменяется структура мономолекулярной пленки, которая проходит через ряд двумерных состояний, условно именуемых состояниями газа, жидкого кристалла и твердого кристалла. Таким образом, зная фазовую диаграмму пленки, можно управлять ее структурой и свя- занными с ней физико-химическими свойствами. Перенос пленки на твердый носитель осуществляют погружением в раствор и по- следующим извлечением из него плоской подложки, на которой при этом происходит адсорбция поверхностной пленки. Процесс |