1.8 Нанесение монослоя на поверхность подложки

• Для получения пленок Ленгмюра-Блоджетт используются жидкие и твердо-кристаллические монослои.

• Они обладают упорядоченным расположением молекул в монослое и стабильны при высоких значения поверхностного давления. Сформированный монослой переносится на движущуюся вверх-вниз через поверхность воды твердую подложку.

Рисунок 6 -Перенос монослоя на твердую подложку вертикальным лифтом

1.9 Установка Ленгмюра-Блоджетт

В состав установки для изучения пленок Ленгмюра и получения пленок Ленгмюра-Блоджетт входят следующие основные блоки:

- емкость, в которой находится жидкость (субфаза), называемая ванной,

- поверхностные барьеры, движущиеся встречно-согласованно по краям ванны,

- электронные весы Вильгельми, для измерения величины поверхностного давления в монослое,

• устройство перемещения подложки

• Рисунок 7 -Установка для получения пленок Ленгмюра-Блоджетт: 1- ванна, 2 - поверхностные барьеры, 3- подложка, 4- весы Вильгельми, 5 - поверхность воды с ПАВ, 6 - поверхность воды без ПАВ.

Пластинка Вильгельми – датчик, определяющий поверхностное давление.

Рисунок 8 – Параметры пластинки Вильгельми: W, l, t – ширина, длина и толщина пластинки Вильгельми соответственно; h – глубина погружения в воду

Результирующая сила, действующая на пластинку Вильгельми, состоит из трех составляющих:

Сила=вес-сила Архимеда+поверхностное натяжение (1)

F=ρglwt-ρ’ghwt+2σ (t+w)cosθ , (2)

где ρ, ρ’ – плотность пластинки и субфазы соответсвенно, θ- контактный угол смачивания, g – ускорение свободного падения.

Материал пластинки Вильгельми выбирается таким образом, чтобы θ=0

Поверхностное давление – есть разность между силой действующей на пластинку погруженную в чистую воду и силой действующей на пластинку погруженную в воду, поверхность которой покрыта монослоем:

ΔF=2(σ’- σ)(t+w), (3)

где σ’ – поверхностное натяжение чистой воды

Для пластинки Вильгельми характерно t<<w, а разность (σ’- σ) – называется поверхностным давлением и обозначается -π .

Тогда поверхностное давление

π =ΔF/2t=Δmg/2t [Н/м], (4)

где m – измеряемая весами Вильгельми величина.

1.10 Факторы, влияющие на качество пленок Ленгмюра-Блоджетт

Фактор качества пленок Ленгмюра-Блоджетт можно выразить:

К = f( Коб, Ктех, Кв, Кмс, Кп ) , (5)

где: Коб - оборудование (исполнительные устройства и “активные” средства контроля - измерительные устройства);

Ктех - технологическая чистота;

Кв - физико-химическая природа ПАВ;

Кмс - фазовое состояние монослоя на поверхности субфазы;

Кп - природа и тип подложки.

Первые два фактора относятся к конструкторско-технологическим, а остальные - к физико- химическим

В группу конструкторско-технологические входят факторы технологической чистоты и оборудования

Для получения пленок высокого структурного совершенства необходим контроль следующих параметров:

- поверхностное натяжение в монослое,

- уровень субфазы,

- коэффициент переноса, характеризующий наличие

дефектов в ПЛБ;

- температура, давление и влажность окружающей среды,

- pH-субфазы.

В группу физико-химических входят факторы:

- Кв, учитывающий физико-химическую природу поверхностно-активного вещества;

- Кмс, учитывающий фазовое состояние монослоя на поверхности субфазы;

- Кп, определяющий взаимосвязь между природой подложки, микрошероховатостью ее поверхности и качеством формируемой мультиструктуры.

Фактор Кв характеризует такие индивидуальные свойства вещества (ПАВ), как:

- структура (геометрия) молекулы, определяющая соотношение гидрофильных и гидрофобных взаимодействий между молекулами самого ПАВ и молекулами ПАВ и субфазы;

- растворимость ПАВ в воде;

- химические свойства ПАВ (например, способность к образованию межмолекулярных ковалентных связей при внешнем энергетическом воздействии, приводящем к полимеризации ПАВ, которая изменяет его механические и физические свойства);

- способность к образованию связей с металлами