Мономолекулярные слои (Пленки Ленгмюра-Блоджетт)

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Мономолекулярные слои (Пленки Ленгмюра-Блоджетт)

Содержание

2. Преимущество ЛБ пленок Пленки Ленгмюра-Блоджетт (англ. Langmuir–Blodgett film) состоят из одного или более монослоев органических веществ.
3. Образование мономолекулярного слоя на поверхности воды Амфифильность – склонность к расположению сразу в двух фазах (водной
4. Ванна и весы Ленгмюра для измерения поверхностного давления монослоя Под действием внешней силы плавучий барьер движется
5. Электронные весы Вильгельми – датчик поверхностного давления W, l, t – ширина, высота, толщина пластинки Вильгельми
6. Электронные весы Вильгельми Разность между силой, действующей на пластинку, погруженную в чистую воду, и силой, действующей
7. Последовательность различных двухмерных фаз при движении барьера Коллапс пленки наступает при давлениях ~ 50 мН/м, что
8. Изотерма для пленки из молекул с двумя полярными головками
9. Перенос монослоев амфифильных молекул с поверхности воды на твердую подложку Метод Ленгмюра - Блоджетт Метод Шеффера
10. Экспериментальные π–S изотермы π-S isotherm of hexamethylcyclotrisiloxane and hexaethylcyclotrisiloxane [(CnH2n+1)2SiO]3 , n=1 и 2
11. Многослойные структуры X-, Z- и Y-типов Неполярная двухслойная упаковка, напоминающая устройство биологической мембраны Полярные структуры
12. Полимеризация монослоя Производные диацетилена Химическая сшивка
13. АСМ-изображения топографии монослойной пленки Поли-4-винилпиридин (ПВП, Mw = 73 кДа) при поверхностном давлении на монослой 3
14. АСМ-изображения монослойной пленки ПММА при поверхностном давлении на монослой 11 мН/м (а); ПВК при поверхностном давлении
15. Полезные свойства мультислоев молекулярная ориентация в нем строго фиксирована; имеется резко выраженная зависимость от направления -
16. Практическое применение пленок Ленгмюра-Блоджетт в наноэлектронике: нанолитография с разрешением 20-50 нм, изолирующие и проводящие ультратонкие пленки,
17. Свойства и применение монослоев Сдвиг полос оптического поглощения вещества Измерение туннельного тока во внешней цепи
18. Механизм концентрации энергии (эффект фотонной воронки) На начальной стадии фотосинтеза в зеленых растениях свет поглощается молекулами
19. Перенос информации от одного монослоя к другому Процесс аналогичен процессу репликации информации с молекул ДНК -
20. Молекулярное зодчество Ансамбли из органических молекул различного функционального назначения
23. Скачать презентацию

Слайд 2

Преимущество ЛБ пленок
Пленки Ленгмюра-Блоджетт (англ. Langmuir–Blodgett film) состоят из одного или

более монослоев органических веществ.
Метод Ленгмюра-Блоджетт позволяет без значительных экономических затрат (не требует вакуумирования и высоких температур) воспроизводимо получать молекулярные моно- и мультислои на основе органических веществ, включая и высокомолекулярные соединения (полимеры, в том числе биологически активные).
Уникальность метода заключается
в возможности послойно увеличивать толщину пленки, формирующейся на твердой поверхности (толщина каждого слоя определяется размерами молекулы используемого органического вещества)
строго контролировать структурное совершенство получаемых пленок.

Слайд 3

Образование мономолекулярного слоя на поверхности воды
Амфифильность – склонность к расположению

сразу в двух фазах (водной и неводной)

Молекула стеариновой кислоты

Слайд 4

Ванна и весы Ленгмюра для измерения поверхностного давления монослоя
Под действием внешней

силы плавучий барьер движется вправо и сжимает монослой.
Давление на поплавок уравновешивается грузом.

Слайд 5

Электронные весы Вильгельми – датчик поверхностного давления
W, l, t – ширина,

высота, толщина пластинки Вильгельми
h – глубина погружения в воду
Сила, действующая на пластинку Вильгельми, описывается формулой:
(1)
ρ, ρ’ – плотность пластинки и субфазы соответственно,
θ - контактный угол смачивания,
g – ускорение свободного падения.
первое слагаемое - вес пластинки,
второе слагаемое - сила Архимеда,
третье слагаемое – поверхностное натяжение.
Материал пластинки Вильгельми выбирается таким образом, чтобы θ=0.

Слайд 6

Электронные весы Вильгельми
Разность между
силой, действующей на пластинку, погруженную в чистую

воду,
и силой, действующей на пластинку, погруженную в воду, поверхность которой покрыта монослоем, задается формулой (2).
(2)
где σ’ – поверхностное натяжение чистой воды.
Для пластинки Вильгельми характерно t<Разность (σ’-σ) – называется поверхностным давлением и обозначается - π

Слайд 7

Последовательность различных двухмерных фаз при движении барьера
Коллапс пленки наступает при

давлениях ~ 50 мН/м, что соответствует трехмерному давлению 107 Н/м2 (10 МПа), или примерно 100 атмосфер

Участок G на изотерме соответствует состоянию двумерного газа,
плато L1-G соответствует переходному состоянию жидкость-газ,
L1 – это жидкость,
1 – переход от жидкого состояния к жидкокристаллическому,
L2 – это состояние жидкого кристалла,
S – твердокристаллическое состояние.

Слайд 8

Изотерма для пленки из молекул с двумя полярными головками

Слайд 9

Перенос монослоев амфифильных молекул с поверхности воды на твердую подложку
Метод

Ленгмюра - Блоджетт

Метод Шеффера

слои
как X-типа (молекулярные хвосты направлены к подложке),
так и Z-типа
(обратное направление)

слои
X-типа

Слайд 10

Экспериментальные π–S изотермы
π-S isotherm of hexamethylcyclotrisiloxane and hexaethylcyclotrisiloxane
[(CnH2n+1)2SiO]3 , n=1 и

Слайд 11

Многослойные структуры X-, Z- и Y-типов
Неполярная двухслойная упаковка, напоминающая устройство

биологической мембраны

Полярные структуры

Слайд 12

Полимеризация монослоя
Производные диацетилена
Химическая сшивка

Слайд 13

АСМ-изображения топографии монослойной пленки
Поли-4-винилпиридин (ПВП, Mw = 73 кДа) при

поверхностном давлении на монослой
3 мН/м (а),
6 мН/м (б); образование “лабиринтоподобной” складчатой структуры и рост самих складок,
15 мН/м (в),
20 мН/м (г) сближение складок без дальнейшего изменения их высоты и формирование впоследствии однородной структуры, в которой складки расположены вплотную друг к другу

Слайд 14

АСМ-изображения монослойной пленки
ПММА при поверхностном давлении на монослой 11 мН/м (а);

ПВК при поверхностном давлении на монослой 8,5 мН/м (б);
объемное изображение пленки ПВК при поверхностном давлении на монослой 8,5 мН/м (в)

Слайд 15

Полезные свойства мультислоев
молекулярная ориентация в нем строго фиксирована;
имеется резко выраженная

зависимость от направления - структурная анизотропия - вдоль и поперек плоскостей монослоев;
мультислой можно собрать из монослоев различных специально подобранных веществ.
Каждому веществу (молекуле) можно поручить выполнение какой-то функции

Слайд 16

Практическое применение пленок Ленгмюра-Блоджетт
в наноэлектронике:
нанолитография с разрешением 20-50 нм,

изолирующие и проводящие ультратонкие пленки,
туннельные диэлектрики,
пассивирующие и защитные покрытия,
элементная база молекулярной электроники,
матрицы с полупроводниковыми наночастицами,
матрицы для создания ультратонких слоев окислов металлов,
в оптике:
активные слои для записи информации оптическим способом и атомно-зондовым методом,
фотохромные покрытия со встроенными светочувствительными белковыми молекулами,
просветляющие покрытия,
дифракционные решетки,
интерференционные и поляризационные светофильтры,
удвоители частот,
барьерные слои в фотодиодах,
в прикладной химии:
химия поверхности и поведения частиц на поверхности,
катализ,
фильтрация и обратный осмос мембран,
адгезия,
в микромеханике:
антифрикционные покрытия,
в биологии:
биосенсоры и датчики (электронные и электрохимические сенсоры на основе упорядоченных молекулярных структур со встроенными активными молекулами или молекулярными комплексами).

Слайд 17

Свойства и применение монослоев
Сдвиг полос оптического поглощения вещества
Измерение туннельного тока во

внешней цепи

Слайд 18

Механизм концентрации энергии (эффект фотонной воронки)
На начальной стадии фотосинтеза в зеленых растениях

свет поглощается молекулами хлорофилла определенного типа.
Возбужденные молекулы живут достаточно долго, и само возбуждение может перемещаться по однотипным плотно расположенным молекулам.
Такое возбуждение называется экситоном.
Движение экситона заканчивается в момент попадания его в «яму», роль которой играет молекула хлорофилла другого типа с несколько меньшей энергией возбуждения.

молекулы, поглощающие свет

молекулы-перехватчики, отнимающие энергию от поглотителей

Слайд 19

Перенос информации от одного монослоя к другому
Процесс аналогичен процессу репликации информации

с молекул ДНК - хранителей генетического кода - на молекулы РНК, переносящие информацию к месту синтеза белков в клетках живых организмов

Точная копия информации, записанной электронным лучом, на полимерной пленке

Слайд 20

Молекулярное зодчество
Ансамбли из органических молекул различного функционального назначения

Слайд 21

Мономолекулярные слои (Пленки Ленгмюра-Блоджетт)

Содержание

Преимущество ЛБ пленокПленки Ленгмюра-Блоджетт (англ. Langmuir–Blodgett film) состоят из одного или

Образование мономолекулярного слоя на поверхности воды Амфифильность – склонность к расположению

Ванна и весы Ленгмюра для измерения поверхностного давления монослояПод действием внешней

Электронные весы Вильгельми – датчик поверхностного давленияW, l, t – ширина,

Электронные весы ВильгельмиРазность между силой, действующей на пластинку, погруженную в чистую

Последовательность различных двухмерных фаз при движении барьера Коллапс пленки наступает при

Изотерма для пленки из молекул с двумя полярными головками

Перенос монослоев амфифильных молекул с поверхности воды на твердую подложку Метод

Экспериментальные π–S изотермыπ-S isotherm of hexamethylcyclotrisiloxane and hexaethylcyclotrisiloxane[(CnH2n+1)2SiO]3 , n=1 и

Многослойные структуры X-, Z- и Y-типов Неполярная двухслойная упаковка, напоминающая устройство

Полимеризация монослоя Производные диацетилена Химическая сшивка

АСМ-изображения топографии монослойной пленки Поли-4-винилпиридин (ПВП, Mw = 73 кДа) при

АСМ-изображения монослойной пленкиПММА при поверхностном давлении на монослой 11 мН/м (а);

Полезные свойства мультислоевмолекулярная ориентация в нем строго фиксирована; имеется резко выраженная

Практическое применение пленок Ленгмюра-Блоджетт в наноэлектронике: нанолитография с разрешением 20-50 нм,

Свойства и применение монослоевСдвиг полос оптического поглощения веществаИзмерение туннельного тока во

Механизм концентрации энергии (эффект фотонной воронки)На начальной стадии фотосинтеза в зеленых растениях

Перенос информации от одного монослоя к другомуПроцесс аналогичен процессу репликации информации

Молекулярное зодчествоАнсамбли из органических молекул различного функционального назначения

Похожие презентации